(57)【要約】  患者に医療手術を実行するツール位置決めシステムは、遠位部を有する連節型プローブと、目標位置の画像を与える立体撮像アセンブリとを備える。立体撮像アセンブリは、第１のレンズおよび第１のセンサを備え目標位置の第１の倍率を与えるように構成・配置された、第１のカメラアセンブリと、第２のレンズおよび第２のセンサを備え目標位置の第２の倍率を与えるように構成・配置された、第２のカメラアセンブリと、を備える。いくつかの実施形態において、第２の倍率は、第１の倍率よりも大きい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連節型プローブと、
目標位置の画像を与える立体撮像アセンブリと、
を備え、前記立体撮像アセンブリが、
第１のレンズおよび第１のセンサを備え前記目標位置の第１の倍率を与えるように構成・配置された、第１のカメラアセンブリと、
第２のレンズおよび第２のセンサを備え前記目標位置の第２の倍率を与えるように構成・配置された、第２のカメラアセンブリと、
を備え、前記第２の倍率が前記第１の倍率よりも大きいことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のツール位置決めシステムであって、前記連節型プローブが、複数の連節型内側リンクを備えた内側プローブと、前記内側プローブを囲み、複数の連節型外側リンクを備えた外側プローブと、を備えたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のツール位置決めシステムであって、前記内側プローブまたは前記外側プローブの一方が、剛性モードと可撓性モードとの間で遷移するように構成され、前記内側プローブまたは前記外側プローブの他方が、剛性モードと可撓性モードとの間で遷移するとともに誘導されるように構成されたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のツール位置決めシステムであって、前記外側プローブが、誘導されるように構成されたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項５】
請求項３に記載のツール位置決めシステムであって、前記内側プローブおよび前記外側プローブに力を印加するフィーダアセンブリをさらに備えたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のツール位置決めシステムであって、前記力が、前記内側プローブおよび前記外側プローブを独立して前進または後退させることを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項７】
請求項５に記載のツール位置決めシステムであって、前記力が、前記内側プローブおよび前記外側プローブを独立して前記剛性モードと前記可撓性モードとの間で遷移させることを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項８】
請求項５に記載のツール位置決めシステムであって、前記力が、前記内側プローブまたは前記外側プローブの他方を誘導することを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項９】
請求項５に記載のツール位置決めシステムであって、前記フィーダアセンブリが、フィーダカート上に位置決めされたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項１０】
請求項５に記載のツール位置決めシステムであって、ユーザインターフェースをさらに備えたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のツール位置決めシステムであって、前記ユーザインターフェースが、コマンドを前記フィーダアセンブリに送信して、前記力を前記内側プローブおよび前記外側プローブに印加するように構成されたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項１２】
請求項１０に記載のツール位置決めシステムであって、前記ユーザインターフェースが、ジョイスティック、キーボード、マウス、スイッチ、モニタ、タッチスクリーン、タッチパッド、トラックボール、ディスプレイ、オーディオ素子、スピーカ、ブザー、ライト、ＬＥＤ、およびこれらの組み合わせから成る群から選択されるコンポーネントを備えたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項１３】
請求項２に記載のツール位置決めシステムであって、前記複数の内側リンクと前記複数の外側リンクとの間に位置決めされた作動チャネルをさらに備え、前記立体撮像アセンブリが、前記作動チャネル中に位置決めされたケーブルをさらに備えたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項１４】
請求項２に記載のツール位置決めシステムであって、前記外側リンクのうちの少なくとも１つが、その外側部に位置決めされ、サイドローブチャネルを含むサイドローブを備えており、前記立体撮像アセンブリが、前記サイドローブチャネル中に位置決めされたケーブルをさらに備えたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載のツール位置決めシステムであって、前記連節型プローブが、患者の自然開口部に挿入されるように構成・配置されたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載のツール位置決めシステムであって、前記連節型プローブが、患者の切開部を通じて挿入されるように構成・配置されたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項１７】
請求項１６に記載のツール位置決めシステムであって、前記連節型プローブが、前記患者への剣状突起下の進入をもたらすように構成・配置されたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載のツール位置決めシステムであって、前記第１の倍率で前記第１のカメラアセンブリにより取り込まれた第１の画像および前記第２の倍率で前記第２のカメラアセンブリにより取り込まれた第２の画像を受信するように構成された画像処理アセンブリをさらに備えたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項１９】
請求項１８に記載のツール位置決めシステムであって、前記画像処理アセンブリが、前記第１の画像および前記第２の画像から、前記第１の倍率と前記第２の倍率との間で変化し得る倍率を有する２次元画像を生成するように構成されたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項２０】
請求項１９に記載のツール位置決めシステムであって、前記２次元画像が、前記第１の画像の少なくとも一部を前記第２の画像の少なくとも一部と統合することにより生成されることを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項２１】
請求項２０に記載のツール位置決めシステムであって、前記２次元画像の前記倍率が前記第１の倍率から前記第２の倍率まで大きくなった場合、前記２次元画像のより多くの割合が、前記第２の画像から形成されることを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項２２】
請求項２０に記載のツール位置決めシステムであって、前記第１の倍率においては、前記２次元画像の約５０％が前記第１の画像から形成され、前記２次元画像の約５０％が前記第２の画像から形成されることを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項２３】
請求項２０に記載のツール位置決めシステムであって、前記第２の倍率においては、前記２次元画像の約０％が前記第１の画像から形成され、前記２次元画像の約１００％が前記第２の画像から形成されることを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項２４】
請求項２０に記載のツール位置決めシステムであって、前記第１の倍率と前記第２の倍率との間の倍率においては、前記第１の画像から形成される前記２次元画像の割合が、前記第２の画像から形成される前記２次元画像の割合よりも小さいことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項２５】
請求項１９に記載のツール位置決めシステムであって、前記２次元画像の前記倍率が、前記第１の倍率と前記第２の倍率との間で連続的に変化し得ることを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項２６】
請求項１〜２５のいずれか１項に記載のツール位置決めシステムであって、前記第１のセンサおよび前記第２のセンサが、電荷結合素子（ＣＣＤ）、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）デバイス、および光ファイババンドルセンサデバイスから成る群から選択されることを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項２７】
請求項１〜２６のいずれか１項に記載のツール位置決めシステムであって、前記第１のカメラアセンブリおよび前記第２のカメラアセンブリが、ハウジング内に取り付けられたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項２８】
請求項２７に記載のツール位置決めシステムであって、前記ハウジング中に取り付けられた少なくとも１つのＬＥＤをさらに備えたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項２９】
請求項２７に記載のツール位置決めシステムであって、前記ハウジング中に取り付けられ、それぞれが異なるレベルの光を前記目標位置に与えることができる複数のＬＥＤをさらに備えたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項３０】
請求項２９に記載のツール位置決めシステムであって、前記複数のＬＥＤがそれぞれ、前記目標の画像において検出された暗エリアにより大きな光出力を与え、前記目標位置において検出された明エリアにより小さな光出力を与えるように調整し得るように構成されたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項３１】
請求項１〜３０のいずれか１項に記載のツール位置決めシステムであって、前記立体撮像アセンブリが、前記連節型プローブの遠位部において、ハウジング内に回転可能に取り付けられており、前記ハウジングが、当該ハウジングと前記立体撮像アセンブリとの間に取り付けられ、付勢力を前記立体撮像アセンブリに印加する付勢機構と、当該ハウジングと前記立体撮像アセンブリとの間に取り付けられ、前記付勢力と併せて前記ハウジング内で前記立体撮像アセンブリを回転させる作動機構と、をさらに備えたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項３２】
請求項３１に記載のツール位置決めシステムであって、前記付勢機構が、ばねを含むことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項３３】
請求項３１に記載のツール位置決めシステムであって、前記作動機構が、線形アクチュエータを含むことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項３４】
請求項１〜３３のいずれか１項に記載のツール位置決めシステムであって、前記画像をデジタル的に高解像度化するように構成されたアルゴリズムを含む画像処理アセンブリをさらに備えたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項３５】
請求項３４に記載のツール位置決めシステムであって、前記アルゴリズムが、サイズ、色、コントラスト、色相、鮮明さ、画素サイズ、およびこれらの組み合わせから成る群から選択される画像パラメータを調整するように構成されたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項３６】
請求項１〜３５のいずれか１項に記載のツール位置決めシステムであって、前記立体撮像アセンブリが、前記目標位置の３Ｄ画像を与えるように構成されたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項３７】
請求項３６に記載のツール位置決めシステムであって、前記第１のカメラアセンブリにより、前記目標位置の第１の画像が取り込まれ、前記第２のカメラアセンブリにより、前記目標位置の第２の画像が取り込まれ、当該システムが、前記第２の画像の特性に実質的に対応するように前記第１の画像の特性を操作し、前記操作した第１の画像を前記第２の画像と組み合わせて、前記目標位置の３次元画像を生成するように構成されたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項３８】
請求項３６に記載のツール位置決めシステムであって、第１の視野を有する前記第１のカメラアセンブリにより、前記目標位置の第１の画像が取り込まれ、前記第１の視野よりも狭い第２の視野を有する前記第２のカメラアセンブリにより、前記目標位置の第２の画像が取り込まれ、
当該システムが、前記第２の画像の前記第２の視野に実質的に対応するように前記第１の画像の前記第１の視野を操作し、前記操作した第１の画像を前記第２の画像と組み合わせて、前記目標位置の３次元画像を生成するように構成されたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項３９】
請求項１〜３８のいずれか１項に記載のツール位置決めシステムであって、前記立体撮像アセンブリが、機能的要素を備えたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項４０】
請求項３９に記載のツール位置決めシステムであって、前記機能的要素が、トランスデューサを含むことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項４１】
請求項４０に記載のツール位置決めシステムであって、前記トランスデューサが、ソレノイド、伝熱トランスデューサ、除熱トランスデューサ、振動要素、およびこれらの組み合わせから成る群から選択されるコンポーネントを含むことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項４２】
請求項３９に記載のツール位置決めシステムであって、前記機能的要素が、センサを含むことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項４３】
請求項４２に記載のツール位置決めシステムであって、前記センサが、温度センサ、圧力センサ、電圧センサ、電流センサ、電磁界センサ、光学センサ、およびこれらの組み合わせから成る群から選択されるコンポーネントを含むことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項４４】
請求項４３に記載のツール位置決めシステムであって、前記センサが、前記立体撮像アセンブリの望ましくない状態を検出するように構成されたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項４５】
請求項１〜４４のいずれか１項に記載のツール位置決めシステムであって、
前記目標位置の第３の倍率を与えるように構成・配置された第３のレンズと、
前記目標位置の第４の倍率を与えるように構成・配置された第４のレンズと、
をさらに備え、
前記第３の倍率と前記第４の倍率との間の関係が、前記第１の倍率と前記第２の倍率との間の関係と異なることを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項４６】
請求項４５に記載のツール位置決めシステムであって、前記第１のセンサおよび前記第２のセンサが、前記立体撮像アセンブリ内の固定位置に存在し、前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、前記第３のレンズ、および前記第４のレンズが、前記立体撮像アセンブリ内の回転可能なベゼル内に取り付けられており、
第１の構成においては、前記第１のレンズおよび前記第２のレンズが、前記第１のセンサおよび前記第２のセンサへと光を案内するように位置決めされ、第２の構成においては、前記第３のレンズおよび前記第４のレンズが、前記第１のセンサおよび前記第２のセンサへと光を案内するように位置決めされたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項４７】
請求項１〜４６のいずれか１項に記載のツール位置決めシステムであって、前記第１のカメラアセンブリが、カメラパラメータの第１の値を含み、前記第２のカメラアセンブリが、前記カメラパラメータの第２の値を含んでおり、前記カメラパラメータが、視野、Ｆストップ、焦点深度、およびこれらの組み合わせから成る群から選択されることを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項４８】
請求項４７に記載のツール位置決めシステムであって、前記第２の値と比較した前記第１の値が、前記第２のカメラアセンブリに対する前記第１のカメラアセンブリの倍率比と相対的に等しいことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項４９】
請求項１〜４８のいずれか１項に記載のツール位置決めシステムであって、前記第１のカメラアセンブリの前記第１のレンズおよび前記第２のカメラアセンブリの前記第２のレンズがそれぞれ、前記連節型プローブの遠位部において位置決めされたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項５０】
請求項１〜４９のいずれか１項に記載のツール位置決めシステムであって、前記第１のカメラアセンブリの前記第１のセンサおよび前記第２のカメラアセンブリの前記第２のセンサがいずれも、前記連節型プローブの遠位部において位置決めされたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項５１】
請求項１〜５０のいずれか１項に記載のツール位置決めシステムであって、前記第１のカメラアセンブリの前記第１のセンサおよび前記第２のカメラアセンブリの前記第２のセンサがいずれも、前記連節型プローブに近接して位置決めされたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項５２】
請求項５１に記載のツール位置決めシステムであって、前記第１のレンズを前記第１のセンサに、前記第２のレンズを前記第２のセンサに対して光学的に接続する光導管をさらに備えたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項５３】
請求項１〜５２のいずれか１項に記載のツール位置決めシステムであって、前記第２の倍率が、前記第１の倍率よりも大きな整数値であることを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項５４】
請求項１〜５３のいずれか１項に記載のツール位置決めシステムであって、前記第２の倍率が、前記第１の倍率の２倍であることを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項５５】
請求項１〜５４のいずれか１項に記載のツール位置決めシステムであって、前記第１の倍率が５倍、前記第２の倍率が１０倍であることを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項５６】
請求項１〜５５のいずれか１項に記載のツール位置決めシステムであって、前記第１の倍率が７．５倍未満、前記第２の倍率が少なくとも７．５倍であることを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項５７】
請求項１〜５６のいずれか１項に記載のツール位置決めシステムであって、前記目標位置が、食道組織、声帯、結腸組織、膣組織、子宮組織、鼻腔組織、脊椎の腹側の組織等の脊椎組織、心臓の背側の組織等の心臓組織、身体から除去される組織、身体内で処置される組織、がん組織、組織、およびこれらの組み合わせから成る群から選択される位置を含むことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項５８】
請求項１〜５７のいずれか１項に記載のツール位置決めシステムであって、画像処理アセンブリをさらに備えたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項５９】
請求項５８に記載のツール位置決めシステムであって、前記画像処理アセンブリが、ディスプレイをさらに備えたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項６０】
請求項５８に記載のツール位置決めシステムであって、前記画像処理アセンブリが、アルゴリズムをさらに含むことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項６１】
請求項１〜６０のいずれか１項に記載のツール位置決めシステムであって、手術中に前記第１のカメラアセンブリおよび前記第２のカメラアセンブリの動作の１つ以上の障害を当該システムのユーザに通知するエラー検出プロセスをさらに含むことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項６２】
請求項６１に記載のツール位置決めシステムであって、前記エラー検出プロセスが、前記第１のカメラアセンブリおよび前記第２のカメラアセンブリの動作をモニタリングし、前記第１のカメラアセンブリおよび前記第２のカメラアセンブリの一方の障害を検出した際に、前記第１のカメラアセンブリおよび前記第２のカメラアセンブリの他方を用いてユーザが前記手術を続け得るように構成されたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項６３】
請求項６２に記載のツール位置決めシステムであって、前記エラー検出プロセスが、前記第１のカメラアセンブリおよび前記第２のカメラアセンブリの他方の動作をモニタリングし、前記第１のカメラアセンブリおよび前記第２のカメラアセンブリの他方の障害を検出した際に、前記手術を中断するようにさらに構成されたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項６４】
請求項６１に記載のツール位置決めシステムであって、前記エラー検出プロセスが、オーバーライド機能を含むことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項６５】
請求項１〜６４のいずれか１項に記載のツール位置決めシステムであって、前記第１のカメラアセンブリおよび前記第２のカメラアセンブリの校正診断を決定する診断機能をさらに含むことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項６６】
請求項６５に記載のツール位置決めシステムであって、前記診断機能が、
校正目標の第１の診断画像を前記第１のカメラアセンブリから、前記校正目標の第２の診断画像を前記第２のカメラアセンブリから受信することと、
前記第１の診断画像および前記第２の診断画像を処理して対応する特徴を識別することと、
前記対応する特徴に基づいて、前記第１の診断画像および前記第２の診断画像の比較を実行することと、
前記第１の診断画像および前記第２の診断画像が所定量よりも大きく異なる場合に、前記校正診断が失敗であるものと判定することと、
を行うように構成されたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項６７】
請求項１〜６６のいずれか１項に記載のツール位置決めシステムであって、深度マップ生成アセンブリをさらに備えたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項６８】
請求項６７に記載のツール位置決めシステムであって、前記深度マップ生成アセンブリが、
前記目標位置の第１の深度マップ画像を前記第１のカメラアセンブリから、前記目標位置の第２の深度マップ画像を前記第２のカメラアセンブリから受信することであり、前記第１のカメラアセンブリおよび前記第２のカメラアセンブリが互いに既知の距離だけ離れた、ことと、
前記第１の深度マップ画像における位置と前記第２の深度マップ画像における対応位置との間の差異が大きい場合に、前記位置と関連付けられた深度も大きくなるように、前記目標位置に対応する深度マップを生成することと、
を行うように構成されたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項６９】
請求項６８に記載のツール位置決めシステムであって、前記深度マップ生成アセンブリが、前記目標位置の一部に対応する画像の各画素の深度を与えることにより前記目標位置の深度マップを生成するように構成された飛行時間センサを画像センサと並んで備えたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項７０】
請求項６８に記載のツール位置決めシステムであって、前記深度マップ生成アセンブリが、所定の光パターンを前記目標位置に発する発光デバイスと、前記目標位置上の前記光パターンを検出する画像センサとを備えており、
前記深度マップ生成アセンブリが、前記所定の光パターンと前記検出された光パターンとの差を計算して前記深度マップを生成するように構成されたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項７１】
請求項６７に記載のツール位置決めシステムであって、前記深度マップを用いて前記目標位置の３次元画像を生成するようにさらに構成されたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項７２】
請求項７１に記載のツール位置決めシステムであって、
前記第１のカメラアセンブリにより取り込まれた第１の画像を所望の位置まで回転させることと、
前記所望の位置の前記第１の画像と位置が合うように前記深度マップを回転させることと、
前記回転した深度マップを前記回転した第１の画像に適用することによって、第２の回転画像を生成することと、
前記回転した第１の画像および前記第２の回転画像から３次元画像を生成することと、
を行うようにさらに構成されたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項７３】
請求項１〜７２のいずれか１項に記載のツール位置決めシステムであって、前記第１のセンサおよび前記第２のセンサの少なくとも一方が、当該第１および第２のセンサの少なくとも一方の第１の組の画素線における第１の露光量での画像データならびに当該第１および第２のセンサの少なくとも一方の第２の組の画素線における第２の露光量での画像データを取り込むように構成されたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項７４】
請求項７３に記載のツール位置決めシステムであって、前記第１の組の画素線が、前記第１のセンサおよび前記第２のセンサの前記少なくとも一方の奇数番目の画素線であり、前記第２の組の画素線が、前記第１のセンサおよび前記第２のセンサの前記少なくとも一方の偶数番目の画素線であることを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項７５】
請求項７４に記載のツール位置決めシステムであって、前記第１の露光量が、高い露光量であり、前記第２の露光量が、低い露光量であることを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項７６】
請求項７５に記載のツール位置決めシステムであって、前記第１の露光量が、画像の暗エリアで利用され、前記第２の露光量が、前記画像の明エリアで利用されることを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項７７】
請求項１〜７６のいずれか１項に記載のツール位置決めシステムであって、前記撮像アセンブリが電力を必要とし、当該システムが、前記撮像アセンブリから遠隔に電源をさらに備え、前記電力が電力導管を介して前記撮像アセンブリに送られることを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項７８】
請求項７７に記載のツール位置決めシステムであって、画像処理アセンブリをさらに備えており、画像データが前記撮像アセンブリにより記録され、前記電力導管を介して前記画像処理アセンブリに送信されることを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項７９】
請求項７８に記載のツール位置決めシステムであって、前記画像データを前記電力導管にＡＣ結合するように構成された差分信号ドライバをさらに備えたことを特徴とする、ツール位置決めシステム。
【請求項８０】
目標位置の画像を与える立体撮像アセンブリであって、
ハウジング内に取り付けられた第１のセンサと、
前記ハウジング内に取り付けられた第２のセンサと、
前記ハウジング内に回転可能に取り付けられた可変レンズアセンブリであり、当該可変レンズアセンブリのさまざまな位置において、さまざまなレベルの倍率の画像データが当該可変レンズアセンブリにより前記第１のセンサおよび前記第２のセンサそれぞれに与えられる、可変レンズアセンブリと、
を備えたことを特徴とする、立体撮像アセンブリ。
【請求項８１】
請求項８０に記載の立体撮像アセンブリであって、前記可変レンズアセンブリが、アルバレスレンズを含むことを特徴とする、立体撮像アセンブリ。
【請求項８２】
目標位置の画像を取り込む方法であって、
遠位部を含む連節型プローブを用意することと、
前記連節型プローブの前記遠位部に一部が位置決めされ、目標位置の画像を与える立体撮像アセンブリであり、
第１のレンズおよび第１のセンサを備え前記目標位置の第１の倍率を与えるように構成・配置された、第１のカメラアセンブリと、
第２のレンズおよび第２のセンサを備え前記目標位置の第２の倍率を与えるように構成・配置された、第２のカメラアセンブリと、
を備え、前記第２の倍率が前記第１の倍率よりも大きい、立体撮像アセンブリを用意することと、
前記連節型プローブの前記遠位部を前記目標位置に位置決めすることと、
前記立体撮像アセンブリを用いて前記目標位置で前記画像を取り込むことと、
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項８３】
請求項８２に記載の方法であって、前記取り込んだ画像をユーザインターフェースにおいて与えることをさらに含むことを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本願は、２０１６年９月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／４０１，３９０号の利益を主張するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【０００２】
本願は、２０１７年５月１０日に出願された米国仮特許出願第６２／５０４，１７５号の利益を主張するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【０００３】
本願は、２０１７年６月９日に出願された米国仮特許出願第６２／５１７，４３３号の利益を主張するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【０００４】
本願は、２０１７年４月４日に出願された米国仮特許出願第６２／４８１，３０９号の利益を主張するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【０００５】
本願は、２０１７年７月１７日に出願された米国仮特許出願第６２／５３３，６４４号の利益を主張するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【０００６】
本願は、２０１３年１２月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／９２１，８５８号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【０００７】
本願は、２０１４年１２月１９日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０７１４００号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【０００８】
本願は、２０１５年１１月２０日に出願された米国特許出願第１４／８９２，７５０号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【０００９】
本願は、２０１０年１０月２２日に出願された米国仮特許出願第６１／４０６，０３２号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００１０】
本願は、２０１１年１０月２１日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０５７２８２号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００１１】
本願は、２０１３年４月１９日に出願された米国特許出願第１３／８８０，５２５号（米国特許第８，９９２，４２１号）と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００１２】
本願は、２０１４年１２月３１日に出願された米国特許出願第１４／５８７，１６６号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００１３】
本願は、２０１１年６月２日に出願された米国仮特許出願第６１／４９２，５７８号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００１４】
本願は、２０１２年６月１日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０４０４１４号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００１５】
本願は、２０１３年１１月２１日に出願された米国特許出願第１４／１１９，３１６号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００１６】
本願は、２０１０年１１月１１日に出願された米国仮特許出願第６１／４１２，７３３号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００１７】
本願は、２０１１年１１月１０日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０６０２１４号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００１８】
本願は、２０１３年５月９日に出願された米国特許出願第１３／８８４，４０７号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００１９】
本願は、２０１７年５月５日に出願された米国特許出願第１５／５８７，８３２号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００２０】
本願は、２０１１年４月６日に出願された米国仮特許出願第６１／４７２，３４４号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００２１】
本願は、２０１２年４月５日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０３２２７９号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００２２】
本願は、２０１３年９月３０日に出願された米国特許出願第１４／００８，７７５号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００２３】
本願は、２０１５年１１月１８日に出願された米国特許出願第１４／９４４，６６５号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００２４】
本願は、２０１５年１１月１９日に出願された米国特許出願第１４／９４５，６８５号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００２５】
本願は、２０１１年９月１３日に出願された米国仮特許出願第６１／５３４，０３２号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００２６】
本願は、２０１２年９月１２日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０５４８０２号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００２７】
本願は、２０１４年３月１０日に出願された米国特許出願第１４／３４３，９１５号（２０１７年９月１２日に発行された米国特許第９，７５７，８５６号）と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００２８】
本願は、２０１６年３月８日に出願された米国特許出願第１５／０６４，０４３号（２０１７年２月２１日に発行された米国特許第９，５７２，６２８号）と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００２９】
本願は、２０１７年８月２３日に出願された米国特許出願第１５／６８４，２６８号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００３０】
本願は、２０１０年７月２８日に出願された米国仮特許出願第６１／３６８，２５７号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００３１】
本願は、２０１１年７月２１日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０４４８１１号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００３２】
本願は、２０１３年１月２５日に出願された米国特許出願第１３／８１２，３２４号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００３３】
本願は、２０１１年１２月２１日に出願された米国仮特許出願第６１／５７８，５８２号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００３４】
本願は、２０１２年１２月２０日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０７０９２４号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００３５】
本願は、２０１４年６月１０日に出願された米国特許出願第１４／３６４，１９５号（２０１６年６月１４日に発行された米国特許第９，３６４，９５５号）と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００３６】
本願は、２０１６年６月１３日に出願された米国特許出願第１５／１８０，５０３号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００３７】
本願は、２０１２年８月９日に出願された米国仮特許出願第６１／６８１，３４０号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００３８】
本願は、２０１３年８月９日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０５４３２６号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００３９】
本願は、２０１５年２月２日に出願された米国特許出願第１４／４１８，９９３号（２０１７年６月１３日に発行された米国特許第９，６７５，３８０号）と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００４０】
本願は、２０１７年６月１２日に出願された米国特許出願第１５／６１９，８７５号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００４１】
本願は、２０１３年１月１１日に出願された米国仮特許出願第６１／７５１，４９８号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００４２】
本願は、２０１４年１月９日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０１０８０８号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００４３】
本願は、２０１４年１月９日に出願された米国特許出願第１４／７５９，０２０号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００４４】
本願は、２０１２年６月７日に出願された米国仮特許出願第６１／６５６，６００号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００４５】
本願は、２０１３年６月３日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０４３８５８号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００４６】
本願は、２０１４年１１月１９日に出願された米国特許出願第１４／４０２，２２４号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００４７】
本願は、２０１３年３月２０日に出願された米国仮特許出願第６１／８２５，２９７号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００４８】
本願は、２０１４年５月２０日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１３／０３８７０１号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００４９】
本願は、２０１５年１１月２日に出願された米国特許出願第１４／８８８，５４１号（２０１６年１２月１３日に発行された米国特許第９，５１７，０５９号）と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００５０】
本願は、２０１６年１１月１４日に出願された米国特許出願第１５／３５０，５４９号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００５１】
本願は、２０１３年５月２日に出願された米国仮特許出願第６１／８１８，８７８号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００５２】
本願は、２０１４年５月２日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０３６５７１号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００５３】
本願は、２０１５年１０月３０日に出願された米国特許出願第１４／８８８，１８９号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００５４】
本願は、２０１３年１１月２７日に出願された米国仮特許出願第６１／９０９，６０５号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００５５】
本願は、２０１４年９月１９日に出願された米国仮特許出願第６２／０５２，７３６号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００５６】
本願は、２０１４年１１月２４日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０６７０９１号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００５７】
本願は、２０１６年５月２３日に出願された米国特許出願第１５／０３８，５３１号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００５８】
本願は、２０１４年６月５日に出願された米国仮特許出願第６２／００８，４５３号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００５９】
本願は、２０１５年６月５日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１５／０３４４２４号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００６０】
本願は、２０１６年１２月２日に出願された米国特許出願第１５／３１５，８６８号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００６１】
本願は、２０１５年４月２０日に出願された米国仮特許出願第６２／１５０，２２３号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００６２】
本願は、２０１６年２月２４日に出願された米国仮特許出願第６２／２９９，２４９号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００６３】
本願は、２０１６年４月２０日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１６／０２８３７４号と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００６４】
本願は、２００６年１２月２０日に出願された米国特許出願第１１／６３０，２７９号（米国特許出願公開第２００９／０１７１１５１号として公開）と関連するものであり、そのすべての内容を本願に引用して援用する。
【００６５】
低侵襲医療技術および手術が広まるにつれて、外科医等の医療専門家は、口等の身体開口部を介して身体の内部領域にアクセスする上記のような低侵襲医療技術および手術を実行するため、内視鏡等の連節型外科手術ツールが必要となり得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００６６】
一態様において、患者に医療手術を実行するツール位置決めシステムは、連節型プローブと、目標位置の画像を与える立体撮像アセンブリとを備える。立体撮像アセンブリは、第１のレンズおよび第１のセンサを備え目標位置の第１の倍率を与えるように構成・配置された、第１のカメラアセンブリと、第２のレンズおよび第２のセンサを備え目標位置の第２の倍率を与えるように構成・配置された、第２のカメラアセンブリと、を備える。いくつかの実施形態において、第２の倍率は、第１の倍率よりも大きい。
【００６７】
いくつかの実施形態において、連節型プローブは、複数の連節型内側リンクを備えた内側プローブと、内側プローブを囲み、複数の連節型外側リンクを備えた外側プローブと、を備える。
【００６８】
いくつかの実施形態において、内側プローブまたは外側プローブの一方は、剛性モードと可撓性モードとの間で遷移するように構成され、内側プローブまたは外側プローブの他方は、剛性モードと可撓性モードとの間で遷移するとともに誘導されるように構成されている。
【００６９】
いくつかの実施形態において、外側プローブは、誘導されるように構成されている。
【００７０】
いくつかの実施形態において、ツール位置決めシステムは、内側プローブおよび外側プローブに力を印加するフィーダアセンブリをさらに備える。
【００７１】
いくつかの実施形態において、力は、内側プローブおよび外側プローブを独立して前進または後退させる。
【００７２】
いくつかの実施形態において、力は、内側プローブおよび外側プローブを独立して剛性モードと可撓性モードとの間で遷移させる。
【００７３】
いくつかの実施形態において、力は、内側プローブまたは外側プローブの他方を誘導する。
【００７４】
いくつかの実施形態において、フィーダアセンブリは、フィーダカート上に位置決めされている。
【００７５】
いくつかの実施形態において、ツール位置決めシステムは、ユーザインターフェースをさらに備える。
【００７６】
いくつかの実施形態において、ユーザインターフェースは、コマンドをフィーダアセンブリに送信して、力を内側プローブおよび外側プローブに印加するように構成されている。
【００７７】
いくつかの実施形態において、ユーザインターフェースは、ジョイスティック、キーボード、マウス、スイッチ、モニタ、タッチスクリーン、タッチパッド、トラックボール、ディスプレイ、オーディオ素子、スピーカ、ブザー、ライト、ＬＥＤ、およびこれらの組み合わせから成る群から選択されるコンポーネントを備える。
【００７８】
いくつかの実施形態において、ツール位置決めシステムは、複数の内側リンクと複数の外側リンクとの間に位置決めされた作動チャネルをさらに備え、立体撮像アセンブリが、作動チャネル中に位置決めされたケーブルをさらに備える。
【００７９】
いくつかの実施形態において、外側リンクのうちの少なくとも１つは、その外側部に位置決めされ、サイドローブチャネルを含むサイドローブを備えており、立体撮像アセンブリが、サイドローブチャネル中に位置決めされたケーブルをさらに備える。
【００８０】
いくつかの実施形態において、連節型プローブは、患者の自然開口部に挿入されるように構成・配置されている。
【００８１】
いくつかの実施形態において、連節型プローブは、患者の切開部を通じて挿入されるように構成・配置されている。
【００８２】
いくつかの実施形態において、連節型プローブは、患者への剣状突起下の進入をもたらすように構成・配置されている。
【００８３】
いくつかの実施形態において、ツール位置決めシステムは、第１の倍率で第１のカメラアセンブリにより取り込まれた第１の画像および第２の倍率で第２のカメラアセンブリにより取り込まれた第２の画像を受信するように構成された画像処理アセンブリをさらに備える。
【００８４】
いくつかの実施形態において、画像処理アセンブリは、第１の画像および第２の画像から、第１の倍率と第２の倍率との間で変化し得る倍率を有する２次元画像を生成するように構成されている。
【００８５】
いくつかの実施形態において、２次元画像は、第１の画像の少なくとも一部を第２の画像の少なくとも一部と統合することにより生成される。
【００８６】
いくつかの実施形態において、２次元画像の倍率が第１の倍率から第２の倍率まで大きくなった場合は、２次元画像のより多くの割合が、第２の画像から形成される。
【００８７】
いくつかの実施形態において、第１の倍率においては、２次元画像の約５０％が第１の画像から形成され、２次元画像の約５０％が第２の画像から形成される。
【００８８】
いくつかの実施形態において、第２の倍率においては、２次元画像の約０％が第１の画像から形成され、２次元画像の約１００％が第２の画像から形成される。
【００８９】
いくつかの実施形態において、第１の倍率と第２の倍率との間の倍率においては、第１の画像から形成される２次元画像の割合が、第２の画像から形成される２次元画像の割合よりも小さい。
【００９０】
いくつかの実施形態において、２次元画像の倍率は、第１の倍率と第２の倍率との間で連続的に変化し得る。
【００９１】
いくつかの実施形態において、第１のセンサおよび第２のセンサは、電荷結合素子（ＣＣＤ）、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）デバイス、および光ファイババンドルセンサデバイスから成る群から選択される。
【００９２】
いくつかの実施形態において、第１のカメラアセンブリおよび第２のカメラアセンブリは、ハウジング内に取り付けられている。
【００９３】
いくつかの実施形態において、ツール位置決めシステムは、ハウジング中に取り付けられた少なくとも１つのＬＥＤをさらに備える。
【００９４】
いくつかの実施形態において、ツール位置決めシステムは、ハウジング中に取り付けられ、それぞれが異なるレベルの光を目標位置に与えることができる複数のＬＥＤをさらに備える。
【００９５】
いくつかの実施形態において、複数のＬＥＤはそれぞれ、目標位置において検出された暗エリアにより大きな光出力を与え、目標位置において検出された明エリアにより小さな光出力を与えるように調整し得るように構成されている。
【００９６】
いくつかの実施形態において、立体撮像アセンブリは、連節型プローブの遠位部において、ハウジング内に回転可能に取り付けられており、ハウジングが、当該ハウジングと立体撮像アセンブリとの間に取り付けられ、付勢力を立体撮像アセンブリに印加する付勢機構と、当該ハウジングと立体撮像アセンブリとの間に取り付けられ、付勢力と併せてハウジング内で立体撮像アセンブリを回転させる作動機構と、をさらに備える。
【００９７】
いくつかの実施形態において、付勢機構は、ばねを含む。
【００９８】
いくつかの実施形態において、作動機構は、線形アクチュエータを含む。
【００９９】
いくつかの実施形態において、ツール位置決めシステムは、画像をデジタル的に高解像度化するように構成されたアルゴリズムを含む画像処理アセンブリをさらに備える。
【０１００】
いくつかの実施形態において、アルゴリズムは、サイズ、色、コントラスト、色相、鮮明さ、画素サイズ、およびこれらの組み合わせから成る群から選択される画像パラメータを調整するように構成されている。
【０１０１】
いくつかの実施形態において、立体撮像アセンブリは、目標位置の３Ｄ画像を与えるように構成されている。
【０１０２】
いくつかの実施形態においては、第１のカメラアセンブリにより、目標位置の第１の画像が取り込まれ、第２のカメラアセンブリにより、目標位置の第２の画像が取り込まれ、当該システムが、第２の画像の特性に実質的に対応するように第１の画像の特性を操作し、操作した第１の画像を第２の画像と組み合わせて、目標位置の３次元画像を生成するように構成されている。
【０１０３】
いくつかの実施形態においては、第１の視野を有する第１のカメラアセンブリにより、目標位置の第１の画像が取り込まれ、第１の視野よりも狭い第２の視野を有する第２のカメラアセンブリにより、目標位置の第２の画像が取り込まれ、当該システムが、第２の画像の第２の視野に実質的に対応するように第１の画像の第１の視野を操作し、操作した第１の画像を第２の画像と組み合わせて、目標位置の３次元画像を生成するように構成されている。
【０１０４】
いくつかの実施形態において、立体撮像アセンブリは、機能的要素を備える。
【０１０５】
いくつかの実施形態において、機能的要素は、トランスデューサを含む。
【０１０６】
いくつかの実施形態において、トランスデューサは、ソレノイド、伝熱トランスデューサ、除熱トランスデューサ、振動要素、およびこれらの組み合わせから成る群から選択されるコンポーネントを含む。
【０１０７】
いくつかの実施形態において、機能的要素は、センサを含む。
【０１０８】
いくつかの実施形態において、センサは、温度センサ、圧力センサ、電圧センサ、電流センサ、電磁界センサ、光学センサ、およびこれらの組み合わせから成る群から選択されるコンポーネントを含む。
【０１０９】
いくつかの実施形態において、センサは、立体撮像アセンブリの望ましくない状態を検出するように構成されている。
【０１１０】
いくつかの実施形態において、ツール位置決めシステムは、目標位置の第３の倍率を与えるように構成・配置された第３のレンズと、目標位置の第４の倍率を与えるように構成・配置された第４のレンズと、をさらに備え、第３の倍率と第４の倍率との間の関係が、第１の倍率と第２の倍率との間の関係と異なる。
【０１１１】
いくつかの実施形態において、第１のセンサおよび第２のセンサは、立体撮像アセンブリ内の固定位置に存在し、第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズ、および第４のレンズは、立体撮像アセンブリ内の回転可能なベゼル内に取り付けられており、第１の構成においては、第１のレンズおよび第２のレンズが、第１のセンサおよび第２のセンサへと光を案内するように位置決めされ、第２の構成においては、第３のレンズおよび第４のレンズが、第１のセンサおよび第２のセンサへと光を案内するように位置決めされている。
【０１１２】
いくつかの実施形態において、第１のカメラアセンブリは、カメラパラメータの第１の値を含み、第２のカメラアセンブリは、カメラパラメータの第２の値を含んでおり、カメラパラメータが、視野、Ｆストップ、焦点深度、およびこれらの組み合わせから成る群から選択される。
【０１１３】
いくつかの実施形態において、第２の値と比較した第１の値は、第２のカメラアセンブリに対する第１のカメラアセンブリの倍率比と相対的に等しい。
【０１１４】
いくつかの実施形態において、第１のカメラアセンブリの第１のレンズおよび第２のカメラアセンブリの第２のレンズはそれぞれ、連節型プローブの遠位部において位置決めされている。
【０１１５】
いくつかの実施形態において、第１のカメラアセンブリの第１のセンサおよび第２のカメラアセンブリの第２のセンサはいずれも、連節型プローブの遠位部において位置決めされている。
【０１１６】
いくつかの実施形態において、第１のカメラアセンブリの第１のセンサおよび第２のカメラアセンブリの第２のセンサはいずれも、連節型プローブに近接して位置決めされている。
【０１１７】
いくつかの実施形態において、ツール位置決めシステムは、第１のレンズを第１のセンサに、第２のレンズを第２のセンサに対して光学的に接続する光導管をさらに備える。
【０１１８】
いくつかの実施形態において、第２の倍率は、第１の倍率よりも大きな整数値である。
【０１１９】
いくつかの実施形態において、第２の倍率は、第１の倍率の２倍である。
【０１２０】
いくつかの実施形態において、第１の倍率は５倍、第２の倍率は１０倍である。
【０１２１】
いくつかの実施形態において、第１の倍率は７．５倍未満、第２の倍率は少なくとも７．５倍である。
【０１２２】
いくつかの実施形態において、目標位置は、食道組織、声帯、結腸組織、膣組織、子宮組織、鼻腔組織、脊椎の腹側の組織等の脊椎組織、心臓の背側の組織等の心臓組織、身体から除去される組織、身体内で処置される組織、がん組織、組織、およびこれらの組み合わせから成る群から選択される位置を含む。
【０１２３】
いくつかの実施形態において、ツール位置決めシステムは、画像処理アセンブリをさらに備える。
【０１２４】
いくつかの実施形態において、画像処理アセンブリは、ディスプレイをさらに備える。
【０１２５】
いくつかの実施形態において、画像処理アセンブリは、アルゴリズムをさらに含む。
【０１２６】
いくつかの実施形態において、ツール位置決めシステムは、手術中に第１のカメラアセンブリおよび第２のカメラアセンブリの動作の１つ以上の障害を当該システムのユーザに通知するエラー検出プロセスをさらに含む。
【０１２７】
いくつかの実施形態において、エラー検出プロセスは、第１のカメラアセンブリおよび第２のカメラアセンブリの動作をモニタリングし、第１のカメラアセンブリおよび第２のカメラアセンブリの一方の障害を検出した際に、第１のカメラアセンブリおよび第２のカメラアセンブリの他方を用いてユーザが手術を続け得るように構成されている。
【０１２８】
いくつかの実施形態において、エラー検出プロセスは、第１のカメラアセンブリおよび第２のカメラアセンブリの他方の動作をモニタリングし、第１のカメラアセンブリおよび第２のカメラアセンブリの他方の障害を検出した際に、手術を中断するようにさらに構成されている。
【０１２９】
いくつかの実施形態において、エラー検出プロセスは、オーバーライド機能を含む。
【０１３０】
いくつかの実施形態において、ツール位置決めシステムは、第１のカメラアセンブリおよび第２のカメラアセンブリの校正診断を決定する診断機能をさらに含む。
【０１３１】
いくつかの実施形態において、診断機能は、校正目標の第１の診断画像を第１のカメラアセンブリから、校正目標の第２の診断画像を第２のカメラアセンブリから受信することと、第１の診断画像および第２の診断画像を処理して対応する特徴を識別することと、対応する特徴に基づいて、第１の診断画像および第２の診断画像の比較を実行することと、第１の診断画像および第２の診断画像が所定量よりも大きく異なる場合に、校正診断が失敗であるものと判定することと、を行うように構成されている。
【０１３２】
いくつかの実施形態において、ツール位置決めシステムは、深度マップ生成アセンブリをさらに備える。
【０１３３】
いくつかの実施形態において、深度マップ生成アセンブリは、目標位置の第１の深度マップ画像を第１のカメラアセンブリから、目標位置の第２の深度マップ画像を第２のカメラアセンブリから受信することであり、第１のカメラアセンブリおよび第２のカメラアセンブリが互いに既知の距離だけ離れた、ことと、第１の深度マップ画像における位置と第２の深度マップ画像における対応位置との間の差異が大きい場合に、位置と関連付けられた深度も大きくなるように、目標位置に対応する深度マップを生成することと、を行うように構成されている。
【０１３４】
いくつかの実施形態において、深度マップ生成アセンブリは、目標位置の一部に対応する画像の各画素の深度を与えることにより目標位置の深度マップを生成するように構成された飛行時間センサを画像センサと並んで備える。
【０１３５】
いくつかの実施形態において、深度マップ生成アセンブリは、所定の光パターンを目標位置に発する発光デバイスと、目標位置上の光パターンを検出する画像センサとを備えており、深度マップ生成アセンブリが、所定の光パターンと検出された光パターンとの差を計算して深度マップを生成するように構成されている。
【０１３６】
いくつかの実施形態において、システムは、深度マップを用いて目標位置の３次元画像を生成するようにさらに構成されている。
【０１３７】
いくつかの実施形態において、システムは、第１のカメラアセンブリにより取り込まれた第１の画像を所望の位置まで回転させることと、所望の位置の第１の画像と位置が合うように深度マップを回転させることと、回転した深度マップを回転した第１の画像に適用することによって、第２の回転画像を生成することと、回転した第１の画像および第２の回転画像から３次元画像を生成することと、を行うようにさらに構成されている。
【０１３８】
いくつかの実施形態において、第１のセンサおよび第２のセンサの少なくとも一方は、当該第１および第２のセンサの少なくとも一方の第１の組の画素線における第１の露光量での画像データならびに当該第１および第２のセンサの少なくとも一方の第２の組の画素線における第２の露光量での画像データを取り込むように構成されている。
【０１３９】
いくつかの実施形態において、第１の組の画素線は、第１のセンサおよび第２のセンサの上記少なくとも一方の奇数番目の画素線であり、第２の組の画素線は、第１のセンサおよび第２のセンサの上記少なくとも一方の偶数番目の画素線である。
【０１４０】
いくつかの実施形態において、第１の露光量は、高い露光量であり、第２の露光量は、低い露光量である。
【０１４１】
いくつかの実施形態において、第１の露光量は、画像の暗エリアで利用され、第２の露光量は、画像の明エリアで利用される。
【０１４２】
いくつかの実施形態において、撮像アセンブリは、電力を必要とし、当該システムは、撮像アセンブリから遠隔に電源をさらに備え、電力が電力導管を介して撮像アセンブリに送られる。
【０１４３】
いくつかの実施形態において、ツール位置決めシステムは、画像処理アセンブリをさらに備えており、画像データが撮像アセンブリにより記録され、電力導管を介して画像処理アセンブリに送信される。
【０１４４】
いくつかの実施形態において、ツール位置決めシステムは、画像データを電力導管にＡＣ結合するように構成された差分信号ドライバをさらに備える。
【０１４５】
別の態様において、目標位置の画像を与える立体撮像アセンブリは、ハウジング内に取り付けられた第１のセンサと、ハウジング内に取り付けられた第２のセンサと、ハウジング内に回転可能に取り付けられた可変レンズアセンブリであり、当該可変レンズアセンブリのさまざまな位置において、さまざまなレベルの倍率の画像データが当該可変レンズアセンブリにより第１のセンサおよび第２のセンサそれぞれに与えられる、可変レンズアセンブリと、を備える。
【０１４６】
いくつかの実施形態において、可変レンズアセンブリは、アルバレスレンズを含む。
【０１４７】
別の態様において、目標位置の画像を取り込む方法は、遠位部を含む連節型プローブを用意することと、連節型プローブの遠位部に一部が位置決めされ、目標位置の画像を与える立体撮像アセンブリを用意することと、を含む。立体撮像アセンブリは、第１のレンズおよび第１のセンサを備え目標位置の第１の倍率を与えるように構成・配置された、第１のカメラアセンブリと、第２のレンズおよび第２のセンサを備え目標位置の第２の倍率を与えるように構成・配置された、第２のカメラアセンブリと、を備えていてもよく、第２の倍率が第１の倍率よりも大きい。連節型プローブの遠位部が目標位置に位置決めされるとともに、立体撮像アセンブリを用いて目標位置で画像が取り込まれる。
【０１４８】
いくつかの実施形態において、この方法は、取り込んだ画像をユーザインターフェースにおいて与えることをさらに含む。
【０１４９】
本発明に係る概念の実施形態の上記および他の目的、特徴、および利点については、添付の図面に示す好適な実施形態のより詳細な説明から明らかとなるであろうが、異なる図面のすべてにおいて、同様の参照文字は同じ要素を表す。図面は、必ずしも原寸に比例しておらず、好適な実施形態の原理の図示に重点を置いている。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１Ａ】発明に係る概念の一実施形態に係る、連節型プローブシステムの部分模式図である。
【図１Ｂ】発明に係る概念の一実施形態に係る、連節型プローブシステムの部分斜視図である。
【図２】発明に係る概念の一実施形態に係る、立体撮像アセンブリシステムの端面図である。
【図３】発明に係る概念の一実施形態に係る、立体撮像アセンブリの模式図である。
【図４】発明に係る概念の一実施形態に係る、３Ｄ画像生成プロセスを示したフロー
【図５Ａ】発明に係る概念の一実施形態に係る、カメラアセンブリにより取り込まれた画像データを示した模式図である。
【図５Ｂ】発明に係る概念の一実施形態に係る、異なるカメラアセンブリにより取り込まれた画像データを示した模式図である。
【図５Ｃ】発明に係る概念の一実施形態に係る、画像データを組み合わせて拡大画像を作成する概念を示した模式図である。
【図５Ｄ】発明に係る概念の一実施形態に係る、各カメラアセンブリが結果的な３Ｄ画像に及ぼす影響を示したグラフである。
【図６】発明に係る概念の一実施形態に係る、冗長機能を示したフローチャートである。
【図７】発明に係る概念の一実施形態に係る、診断手順を示したフローチャートである。
【図８】発明に係る概念の一実施形態に係る、回転レンズハウジングを有する立体撮像アセンブリの別の実施形態の端面図である。
【図９】発明に係る概念の一実施形態に係る、回転レンズハウジングを有する立体撮像アセンブリの別の実施形態の端面図である。
【図１０Ａ】発明に係る概念の一実施形態に係る、水平線修正機能を有する立体撮像アセンブリの別の実施形態の端面図である。
【図１０Ｂ】発明に係る概念の一実施形態に係る、水平線修正機能を有する立体撮像アセンブリの別の実施形態の端面図である。
【図１０Ｃ】発明に係る概念の一実施形態に係る、水平線修正機能を有する立体撮像アセンブリの別の実施形態の端面図である。
【図１１】発明に係る概念の一実施形態に係る、画像センサの模式図である。
【図１２】発明に係る概念の一実施形態に係る、高ダイナミックレンジ機能を示したフローチャートである。
【図１３Ａ】画像軸を回転させる概念を示した模式図である。
【図１３Ｂ】画像軸を回転させる概念を示した模式図である。
【図１３Ｃ】画像軸を回転させる概念を示した模式図である。
【図１３Ｄ】画像軸を回転させる概念を示した模式図である。
【図１３Ｅ】画像軸を回転させる概念を示した模式図である。
【図１４Ａ】発明に係る概念の実施形態に係る、目標エリアの複数の画像から深度マップを作成する概念を示した斜視図である。
【図１４Ｂ】発明に係る概念の実施形態に係る、目標エリアの複数の画像から深度マップを作成する概念を示した斜視図である。
【図１４Ｃ】発明に係る概念の実施形態に係る、目標エリアの複数の画像から深度マップを作成する概念を示した斜視図である。
【図１４Ｄ】発明に係る概念の実施形態に係る、目標エリアの複数の画像から深度マップを作成する概念を示した斜視図である。
【図１４Ｅ】発明に係る概念の実施形態に係る、生成された深度マップを示した図である。
【図１４Ｆ】発明に係る概念の実施形態に係る、カメラアセンブリからの関連する固有画像を示した図である。
【図１５】発明に係る概念の一実施形態に係る、２Ｄ画像の深度マッピングのプロセスを示したフローチャートである。
【図１６】発明に係る概念の実施形態に係る、連節型プローブシステムの斜視図である。
【図１７Ａ】発明に係る概念の実施形態に係る、連節プローブ装置のグラフィック実例図である。
【図１７Ｂ】発明に係る概念の実施形態に係る、連節プローブ装置のグラフィック実例図である。
【図１７Ｃ】発明に係る概念の実施形態に係る、連節プローブ装置のグラフィック実例図である。
【図１８】発明に係る概念の実施形態に係る、視程ロボット外科手術装置の斜視図である。
【図１９】発明に係る概念の実施形態に係る、内視鏡装置の斜視図である。
【図２０】発明に係る概念の一実施形態に係る、立体撮像アセンブリの一部の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０１５１】
本明細書において使用する専門用語は、特定の実施形態の説明を目的としており、本発明に係る概念の制限を意図したものではない。本明細書において、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈上の別段の明確な指示がない限り、複数形も含むことを意図している。さらに、本明細書において使用する場合の用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓおよび／もしくはｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」ならびに／または「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓおよび／もしくはｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、記載の特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を指定するものの、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはこれらの群の存在または追加を除外するものではないことが了解される。
【０１５２】
本明細書において、第１、第２、第３等の用語は、さまざまな限界、要素、構成要素、領域、層、および／または部分を説明するのに使用する場合があるものの、これらの限界、要素、構成要素、領域、層、および／または部分は、これら用語によって制限されるべきではないことが了解される。これらの用語は、ある限界、要素、構成要素、領域、層、または部分を別の限界、要素、構成要素、領域、層、または部分から識別することのみに使用する。したがって、後述の第１の限界、要素、構成要素、領域、層、または部分は、本願の教示内容から逸脱することなく、第２の限界、要素、構成要素、領域、層、または部分としても称し得る。
【０１５３】
さらに、要素が別の要素に「載置（ｏｎ）」、「接続（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、または「結合（ｃｏｕｐｌｅｄ）」されたものとして言及されている場合は、他方の要素に直接もしくは上方に載置すること、接続すること、結合することも可能であるし、介在要素を存在させることも可能である。これに対して、要素が別の要素に「直接載置（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｏｎ）」、「直接接続（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」、または「直接結合（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ）」されたものとして言及されている場合は、介在要素が存在しない。要素間の関係を説明するのに用いられる他の単語についても同様に解釈されるものとする（たとえば、「間（ｂｅｔｗｅｅｎ）」と「直接間（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｂｅｔｗｅｅｎ）」、「隣接（ａｄｊａｃｅｎｔ）」と「直接隣接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ａｄｊａｃｅｎｔ）」等）。本明細書において、要素が別の要素の「上方（ｏｖｅｒ）」にあるものとして言及されている場合は、他方の要素の上方または下方に存在することも可能であるし、他方の要素に直接結合することも可能であるし、介在要素が存在していてもよいし、両要素が空隙または間隙により離間していてもよい。
【０１５４】
さらに、第１の要素が第２の要素の「中（ｉｎ）」、「上（ｏｎ）」、「一点（ａｔ）」、および／または「内部（ｗｉｔｈｉｎ）」にあるものとして言及されている場合、第１の要素は、第２の要素の内部空間内、第２の要素の一部内（たとえば、第２の要素の壁内）、第２の要素の外面上および／もしくは内面上の位置決め、ならびにこれらのうちの１つ以上の組み合わせが可能であるが、これらに限定されない。
【０１５５】
機能的特徴、動作、および／またはステップが本明細書に記載される範囲あるいは本発明に係る概念の種々実施形態に含まれることが了解される範囲において、このような機能的特徴、動作、および／またはステップは、機能ブロック、ユニット、モジュール、動作、および／または方法にて具現化可能である。また、このような機能ブロック、ユニット、モジュール、動作、および／または方法がコンピュータプログラムコードを含む範囲において、このようなコンピュータプログラムコードは、たとえば持続性メモリおよび媒体等、少なくとも１つのコンピュータプロセッサにより実行可能なコンピュータ可読媒体に格納可能である。
【０１５６】
以下の説明においては、画像の取り込み、操作、および処理に言及する。これは、単一の静止画像を表していてもよく、また、ビデオストリームにおける単一のフレームとしての画像を表していてもよいことが了解される。後者の場合、ビデオストリームは、ストリーム中のフレームとしての多くの画像で構成されていてもよい。
【０１５７】
図１Ａおよび図１Ｂは、発明に係る概念の一実施形態に係る、連節型プローブシステム１０の部分模式図および部分斜視図である。図１Ａおよび図１Ｂは、線１０１で接続されている場合、連節型プローブシステム１０の一実施形態を示す。上述の通り、いくつかの実施形態において、連節型プローブシステム１０は、フィーダユニット３００およびインターフェースユニット２００を備える。図１Ａおよび図１Ｂに示すように、フィーダユニット３００は、外側リンク１１１を含む外側プローブ１１０および内側リンク１２１を含む内側プローブ１２０を含む連節型プローブ１００を具備していてもよい。操作アセンブリ３１０には、図１６および図１７Ａ〜図１７Ｃを参照して上述したように連節型プローブ１００のオペレータがプローブを操作できるように、複数の駆動モータおよびケーブルがフィーダユニット３００に位置決めされていてもよい。具体的には、操作アセンブリ３１０への入力に基づいて、内側プローブ１２０の動きをオペレータが制御し得るケーブルおよび配線を内側制御コネクタ３１１が具備していてもよく、外側プローブ１１０の動きをオペレータが制御し得るケーブルおよび配線を外側制御コネクタ３１２が具備していてもよい。
【０１５８】
インターフェースユニット２００は、ソフトウェア２２５を含むプロセッサ２１０を具備していてもよい。ソフトウェア２２５は、プロセッサ２１０により実行されて、本明細書に記載の連節型プローブシステム１０の動作を可能にする１つ以上のアルゴリズム、ルーチン、および／または他のプロセス（本明細書においては「アルゴリズム」）を含み得る。図１６に示すように、インターフェースユニット２００のユーザインターフェース２３０は、外科医、技術者、および／またはシステム１０の他のオペレータからの触覚コマンドを受け付けるヒューマンインターフェースデバイス（ＨＩＤ）２０２と、視覚および／または聴覚フィードバックを与えるディスプレイ２０１とに対応していてもよい。インターフェースユニット２００は、受光機２２１を含み、光信号を受信して処理する画像処理アセンブリ２２０をさらに具備していてもよい。カメラアセンブリ１３５ａおよび１３５ｂからの画像情報をそれぞれ受信する光導管１３４ａおよび１３４ｂを通じて、光信号が受光機２２１に入力される。カメラアセンブリ１３５ａおよび１３５ｂについて、以下に詳しく説明する。光導管１３４ａおよび１３４ｂとしては、画像処理アセンブリ２２０における処理のため、光学的情報をカメラアセンブリ１３５ａおよび１３５ｂから受光機２２１に送信し得る任意の種類の導管が挙げられる。また、光導管１３４ａ、１３４ｂを通じて、電力がカメラアセンブリ１３５ａ、１３５ｂに供給されるようになっていてもよい。このような導管の例としては、光ファイバおよび他のデータ送信ケーブルが挙げられる。インターフェースユニット２００およびフィーダユニット３００はそれぞれ、付加的な入力を連節型プローブシステム１０に与えて、連節型プローブ１００の操作および位置決めをさらに増強する機能的要素２０９および３０９をさらに具備していてもよい。このような機能的要素の例としては、加速度計およびジャイロスコープが挙げられるが、これらに限定されない。
【０１５９】
図１Ｂは、連節型プローブ１００の遠位部１０８の斜視図である。図１Ｂには、外側プローブ１１０の外側リンク１１１および内側プローブ１２０の内側リンク１２１（破線で示す）を示している。遠位部１０８に沿ってガイドチューブ１０５が延び、サイドポート１１８で終端している。ガイドチューブ１０５およびサイドポート１１８によれば、連節型プローブシステム１０のオペレータは、連節型プローブ１００の端部にツール２０を導入して位置決めすることにより、さまざまな手術を実行することができる。
【０１６０】
調査または外科手術を実行する場合、連節型プローブ１００のオペレータは、手術中に連節型プローブがガイドされる環境および検査または手術部位自体を鮮明に視認でき、手術の特定時点では、拡大して視認できる必要がある。「目標位置」とも称する代表的な環境は、食道組織、声帯、結腸組織、膣組織、子宮組織、鼻腔組織、脊椎の腹側の組織等の脊椎組織、心臓の背側の組織等の心臓組織、身体から除去される組織、身体内で処置される組織、がん組織、組織、およびこれらの組み合わせから成る群から選択される組織型の解剖学的位置を含む。オペレータは、部位をズームインすなわち拡大して、精度を確保するとともに、より良い術中決定を容易化できるのが重要である。課題は、高倍率をもたらす真の光学ズームを提供する一方、同一またはそれ以上の光学的詳細をユーザに与えることの難しさにある。カメラシステムのユーザが物体をズームインすなわち拡大できるように、相互に移動してシステムの倍率を変更する複数のレンズを具備した可動ズームレンズが一般的には用いられる。ただし、このようなレンズシステムは、小型形態であっても嵩張り過ぎ、実行に連節型プローブ１００が用いられる種類の手術等では使用できない。また、このようなシステムは非常に高価であり、（図１６の）フィーダ上部アセンブリ３３０または連節型プローブ１００の術中使用後の使い捨てが意図される場合は、連節型プローブシステム１０の使用に伴うコストの管理および最小化が重要となる。また、このようなシステムは、３次元画像をオペレータに提供できない場合がある。別の選択肢としては、ソフトウェア操作によるデジタルズームの提供が考えられる。ただし、デジタルズームには補間アルゴリズムを伴うため、画像が不鮮明となって、画像の光学的透明度が低下する可能性もある。
【０１６１】
連節型プローブ１００の遠位部１０８には、遠位外側リンク１１２に結合され、第１のカメラアセンブリ１３５ａおよび第２のカメラアセンブリ１３５ｂを具備した立体撮像アセンブリ１３０を含んでいてもよい。本発明に係る概念の態様によれば、カメラアセンブリ１３５ａ、１３５ｂはそれぞれ、固定倍率レンズ１３２ａ、１３２ｂおよび光学アセンブリ１３３ａ、１３３ｂを具備していてもよい。光学アセンブリ１３３ａ、１３３ｂは、電荷結合素子（ＣＣＤ）、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）デバイス、光ファイババンドルシステム、またはこの用途に適したその他任意の技術であってもよい。
【０１６２】
本発明に係る概念の一実施形態によれば、レンズ１３２ａおよび１３２ｂは、異なるレベルの倍率を有していてもよい。たとえば、レンズ１３２ａは、第１の視野ＦＯＶ１を与える第１の倍率を有し、レンズ１３２ｂは、第２の視野ＦＯＶ２を与える第２の倍率を有していてもよい。図１Ｂに示すように、一実施形態において、レンズ１３２ａの視野ＦＯＶ１は、レンズ１３２ｂの視野ＦＯＶ２より狭い。これは、レンズ１３２ａの倍率がレンズ１３２ｂよりも大きいことの結果であってもよい。たとえば、レンズ１３２ｂの倍率が５倍で、レンズ１３２ａの倍率が１０倍であってもよい。ただし、両レンズが異なる倍率レベルを有する限りは、如何なる組み合わせのレンズ倍率が用いられるようになっていてもよいことが了解される。重要なのは、目標位置の同じ点を中心として焦点が合うように、カメラアセンブリ１３５ａ、１３５ｂを互いに整列・配向可能なことである。以下により詳しく説明する通り、倍率レベルが異なる複数のカメラアセンブリを使用することにより、画像処理アセンブリ２２０は、各カメラアセンブリから受信された画像データを操作して、レンズ１３２ａ、１３２ｂそれぞれの倍率レベルのほか、両者間の倍率レベルで拡大された画像を生成することができる。また、複数のカメラアセンブリを使用することにより、画像処理アセンブリ２２０は、各カメラアセンブリから受信された画像データを操作して、立体撮像アセンブリ１３０により視認される目標位置の３次元画像を生成することができる。いくつかの実施形態において、第１のカメラアセンブリ１３５ａは、カメラパラメータの第１の値を含み、第２のカメラアセンブリ１３５ｂは、（同じ）カメラパラメータの第２の値を含む。これらの実施形態において、カメラパラメータとしては、視野、Ｆストップ、焦点深度、およびこれらの組み合わせから成る群から選択されるパラメータが可能である。２つの値の比は、２つのカメラアセンブリの倍率比と相対的に等しくすることができる。
【０１６３】
図２は、図１Ｂの線１１３から見た立体撮像アセンブリ１３０の端面図である。サイドポート１１８のほか、カメラアセンブリ１３５ａおよび１３５ｂを含む立体撮像アセンブリ１３０を示している。また、立体撮像アセンブリ１３０は、実行する手術の位置に連節型プローブ１００が位置付けられた場合に、カメラアセンブリ１３５ａ、１３５ｂに対して、連節型プローブ１００の行路のほか、目標位置を照明する多数のＬＥＤ１３８ａ〜１３８ｄを具備していてもよい。図２には、４つのＬＥＤ１３８ａ〜１３８ｄを示しているが、立体撮像アセンブリ１３０においては、より少ないＬＥＤまたはより多くのＬＥＤが用いられるようになっていてもよいことが了解される。さらに、３つ以上のカメラアセンブリが立体撮像アセンブリ１３０に組み込まれ、それぞれが異なる倍率レベルを有するものの、すべてが目標位置の類似点に合焦されていてもよい。また、付加的な入力を連節型プローブシステム１０に与えて、連節型プローブ１００の操作および位置決めをさらに増強する機能的要素１１９が備わっていてもよい。このような機能的要素の例としては、加速度計およびジャイロスコープが挙げられるが、これらに限定されない。
【０１６４】
本発明に係る概念の一態様によれば、ＬＥＤ１３８ａ〜１３８ｄは、個別に制御されることにより、オペレータおよび立体撮像アセンブリ１３０に提供される視界を最適化するようになっていてもよい。光学アセンブリ１３３ａ、１３３ｂから画像を受信した場合、プロセッサ２１０は、画像処理アセンブリ２２０が実行する画像解析に基づいて、各ＬＥＤ１３８が与える光の強度を変化させることにより、画像全体で均一な露光を可能にするようにしてもよい。別の実施形態においては、光学アセンブリの各象限の画素照明が解析されるとともに、対応するＬＥＤの出力の制御によって、結果としての画像が最適化されるようになっていてもよい。
【０１６５】
図３は、カメラアセンブリ１３５ａおよび１３５ｂを含む立体撮像アセンブリ１３０の模式図である。図示のように、カメラアセンブリ１３５ａは、レンズ１３２ａおよび光学アセンブリ１３３ａを具備していてもよい。レンズ１３２ａの倍率レベルに基づいて、カメラアセンブリ１３５ａは、視野ＦＯＶ１を有する。同様に、カメラアセンブリ１３５ｂは、レンズ１３２ｂおよび光学アセンブリ１３３ｂを具備していてもよい。レンズ１３２ｂの倍率レベルに基づいて、カメラアセンブリ１３５ｂは、視野ＦＯＶ２を有する。一実施形態において、レンズ１３２ａの倍率がレンズ１３２ｂの倍率の２倍である場合、視野ＦＯＶ１は、たとえば視野ＦＯＶ２の半分である。レンズ間の倍率の比が異なれば、それに比例して視野も異なることになる。たとえば、カメラアセンブリ１３５ａは、４０°の視野を有し、１０倍の倍率を与えていてもよい。一方、カメラアセンブリ１３５ｂは、８０°の視野を有し、５倍の倍率を与えていてもよい。
【０１６６】
カメラアセンブリ１３５ａおよび１３５ｂそれぞれにより取り込まれた２次元画像はそれぞれ、光導管１３４ａおよび１３４ｂならびに受光機２２１を介して画像処理アセンブリ２２０に送信される。本発明に係る概念の一態様によれば、受信された２Ｄ画像フレームは、画像処理アセンブリ２２０による処理によって、対応する３Ｄ画像フレームを生成するようになっていてもよい。このプロセスを図４のフローチャート１０００に大略を示す。ステップ１００２においては、上述の通り狭い視野ＦＯＶ１を有するカメラアセンブリ１３５ａによって目標エリアの第１の画像が取り込まれる。同時に、より広い視野ＦＯＶ２を有するカメラアセンブリ１３５ｂによって目標エリアの対応する第２の画像が取り込まれる。ステップ１００４においては、第１の画像の視野に一致するように、第２の画像が処理される。この処理には、第１の画像の視野ＦＯＶ１に一致するように、第２の画像のデジタル的拡大すなわちズームインを伴っていてもよい。ステップ１００６においては、第１の狭い視野画像およびデジタルズームされた第２の画像の組み合わせを用いることにより、従来のように３Ｄ画像が生成されるようになっていてもよい。デジタルズームされた第２の画像の使用により、組み合わせ３Ｄ画像の視認者に深度情報が提供される。デジタル的にズームされると第２の画像の解像度はいくらか失われるものの、３Ｄ撮像の分野においては、解像度が変化した画像を視認者が視認しつつ、３Ｄ画像を効果的に知覚可能であることが知られている。解像度が高い画像（上述の通り視野が狭い画像）は、視認者に鮮明さを与える一方、解像度が低い画像は、深度の手がかりを与える。したがって、種々実施形態において考えられる目的では、視野が狭いカメラの倍率レベルにおいて、連節型プローブシステム１０が効果的に無損失３Ｄビデオ画像を与えることができる。
【０１６７】
また、マルチカメラシステムは、カメラアセンブリ１３５ａ、１３５ｂそれぞれからの画像データの組み合わせにより、各カメラアセンブリの倍率レベル間に広範な模擬連続倍率レベルを有し得る画像の生成を可能とする。図５Ａ〜図５Ｄを参照して、さまざまな倍率レベルの画像の構成を説明する。図５Ａには、広視野（ＦＯＶ２）レンズを有するカメラアセンブリ１３５ｂにより取り込まれた画像データのグラフィック表示を示しており、図５Ｂは、狭視野（ＦＯＶ１）レンズを有するカメラアセンブリ１３５ａにより取り込まれた画像データのグラフィック表示である。図５Ａに示すように、画像データの表示には、大きな面積を含むものの、画素数が一定に保持される場合は、画像正方形内のグリッドのサイズによって示すように、取り込み画像の解像度が低下することになる。図５Ｂに示すように、アセンブリ１３５ａの狭視野（ＦＯＶ１）レンズを使用する場合は、前述の通り、取り込み画像データの面積が小さく、同じ画素数で一様に分布している。この結果、画像の面積は小さくなるものの、解像度は、アセンブリ１３５ｂの広視野（ＦＯＶ２）レンズにより取り込まれた画像よりも高くなる。上記例を続けて、図５Ａに示す広視野（ＦＯＶ２）画像データの面積は、図５Ｂに示す狭視野（ＦＯＶ１）画像データの２倍である。
【０１６８】
通常、外科手術を実行するユーザは主に、ディスプレイ２０１に表示された可視ワークスペースの中央に関心がある。図５Ｂの高解像度画像を図５Ａの低解像度画像の中央に挿入すると、関心エリアの視認性が良くなる。ユーザが依然として、大きなエリアを見て働き掛けることができるように、低データ密度領域が高データ密度領域と並べられ、「周縁」として表示される。このような構成の一例を図５Ｃに示す。
【０１６９】
図５Ｃに示すように、２つの画像が重ねられた状態では、最終「画像」の中心がより高いデータ密度（インチ当たりのドットまたはインチ当たりの代表画素）を有していてもよく、ズームレベルが低い（すなわち、広視野（ＦＯＶ２）の）カメラアセンブリ１３５ｂによる外側部分がより低いデータ密度（インチ当たりの少ないドットまたはインチ当たりの少ない代表画素）を有していてもよい。図５Ａに示すように、カメラアセンブリ１３５ｂにより生成された画像のサイズに類似するサイズの「ズーム」すなわち拡大画像を模擬するため、この「画像」の一部が（所望のズームレベルに基づいて）選定されてユーザに表示されることになるが、グラフィックスカードが画像を表示することから、低データ密度（周縁画像データ）のエリアが高データ密度（中心画像データ（カメラアセンブリ１３５ａからのＦＯＶ１画像に対応））のエリアよりも不鮮明となる。
【０１７０】
図５Ｄは、画像に対して選択された倍率に応じて、画像処理アセンブリ２２０から出力された結果的な画像に対して各カメラアセンブリ１３５ａ、１３５ｂが寄与する画像源影響量を示したグラフである。破線は、狭視野（ＦＯＶ１）カメラであるカメラアセンブリ１３５ａの百分率影響を示しており、実線は、広視野（ＦＯＶ２）カメラであるカメラアセンブリ１３５ｂの百分率影響を示している。上述の例では５倍である相対倍率係数１において、画像処理アセンブリ２２０から出力された画像の５０％は、カメラアセンブリ１３５ａにより取り込まれた画像から成り、画像の５０％は、カメラアセンブリ１３５ｂにより取り込まれた画像から成る。これは、図５Ｃの１８０において示している。図５Ｃにおいて見られるように、全画像１８０の中心５０％部は、カメラアセンブリ１３５ａからの狭視野（ＦＯＶ１）画像の１００％を含み、画像１８０の外側５０％は、カメラアセンブリ１３５ｂからの広視野（ＦＯＶ２）画像の１００％を含む。ただし、カメラアセンブリ１３５ａからの画像データがカメラアセンブリ１３５ｂからの画像データの中心５０％を網羅または置換するため、ＦＯＶ２画像の５０％だけがユーザに表示されて視認可能である。したがって、結果としての画像１８０においては、画像の中心５０％がカメラアセンブリ１３５ａからＦＯＶ１画像を含み、画像の外側５０％がカメラアセンブリ１３５ｂからのＦＯＶ２画像を含む。
【０１７１】
同様に、上述の例では１０倍である相対倍率係数２において、画像処理アセンブリ２２０から出力された画像は、カメラアセンブリ１３５ａにより取り込まれたＦＯＶ１画像の約１００％から成り、カメラアセンブリ１３５ｂにより取り込まれたＦＯＶ２画像による寄与は約０％である。これは、図５Ｃの１８２において示している。この例において、ユーザに表示された画像は、処理ソフトウェア２２５によって、ディスプレイ２０１が対応するサイズに拡大されていてもよい。
【０１７２】
５倍と１０倍との間の倍率レベルにおいて、カメラアセンブリ１３５ａおよび１３５ｂにより取り込まれた画像は、倍率レベルの比に基づいて、出力拡大画像に寄与する。たとえば、７．５倍（または、図５Ｃの１８４に示すとともに図５Ｄの点線で示す相対倍率係数１．５）の出力画像の場合、画像処理アセンブリ２２０から出力された画像の中心７５％は、カメラアセンブリ１３５ａにより取り込まれたＦＯＶ１画像の約１００％を含み、画像の外側２５％は、カメラアセンブリ１３５ｂにより取り込まれたＦＯＶ２画像の一部を含む。本例における倍率係数１．５（７．５倍の倍率）に合わせて、ＦＯＶ２画像の外側２５％の切り取りにより、ＦＯＶ１画像は、より大きな割合を結果としての画像１８４に与えることができる。カメラアセンブリ１３５ａからの画像データがカメラアセンブリ１３５ｂからの画像データの中心７５％を網羅または置換するため、ＦＯＶ２画像の約２５％だけがユーザに表示されて視認可能である。
【０１７３】
７．５倍（または、相対倍率係数１．５）より低い出力画像の場合、狭視野カメラアセンブリ１３５ａにより取り込まれたＦＯＶ１画像は、結果としての出力画像を構成する割合が低く、広視野カメラアセンブリ１３５ｂにより取り込まれたＦＯＶ２画像は、結果としての出力画像を構成する割合が高い。同様に、７．５倍（または、相対倍率係数１．５）より高い出力画像の場合、狭視野カメラアセンブリ１３５ａにより取り込まれたＦＯＶ１画像は、結果としての出力画像を構成する割合が高く、広視野カメラアセンブリ１３５ｂにより取り込まれたＦＯＶ２画像は、結果としての出力画像を構成する割合が低い。
【０１７４】
一般的に、画像処理アセンブリ２２０により出力された画像は、カメラアセンブリ１３５ａにより取り込まれたＦＯＶ１画像の約１００％を含んでいてもよく、出力画像に適用される倍率係数に応じて、出力画像の約５０％〜１００％を構成していてもよい。さらに、出力画像に適用される倍率係数に応じて、出力画像の約０％〜５０％には、カメラアセンブリ１３５ｂにより取り込まれたＦＯＶ２画像の少なくとも一部を含んでいてもよい。倍率係数１に近い倍率がＦＯＶ２画像のより大きな部分を含む一方、倍率係数２に近い倍率がＦＯＶ２画像のより小さな部分を含むことになる。各例において、結果としての画像は、処理ソフトウェア２２５によって、ディスプレイ２０１が対応するサイズに拡大または縮小されていてもよい。
【０１７５】
３つ以上のカメラアセンブリを有する一実施形態においては、より多くの画像データの利用により、各カメラアセンブリが与える倍率間の倍率で生成されたズーム画像を提供するようにしてもよい。
【０１７６】
連続するズーム段階の粒度を高くするため、出力画像は、画像をデジタル的に高解像度化する多くの画像処理機能でさらに改善されるようになっていてもよい。その例としては、サイズ規定、詳細、色、および他のパラメータが挙げられる。
【０１７７】
本発明に係る概念の別の態様によれば、立体撮像アセンブリ１３０は、連節型プローブシステム１０に対する冗長機能を提供可能なエラー検出プロセスを含んでいてもよい。したがって、カメラアセンブリ１３５ａ、１３５ｂの一方が手術中に故障した場合、オペレータは、たとえばエラー検出プロセスが提供するオーバーライド機能を使用することにより、動作する単一のカメラアセンブリを用いて手術を継続する選択肢が与えられることになる。このプロセスを図６のフローチャート１４００に示す。ステップ１４０２においては、両カメラアセンブリ１３５ａ、１３５ｂが動作した状態で、連節型プローブ１００を用いた手術が開始されるようになっていてもよい。ステップ１４０４において、プロセッサ２１０は、両カメラアセンブリの機能を継続的にモニタリングする。ステップ１４０６において、障害が検出されない場合、オペレータは、ステップ１４１０において手術を継続することができる。
【０１７８】
ただし、ステップ１４０６において、カメラアセンブリ１３５ａ、１３５ｂの一方の障害が検出された場合、オペレータは、ユーザインターフェース２３０を通じて障害の通知を受けるとともに、ステップ１４０８において、動作可能な他方のカメラアセンブリのみを用いて手術を継続することに関する質問を受けるようになっていてもよい。ステップ１４１２においてオペレータが継続しないことを選んだ場合は、ステップ１４１６において、故障したカメラアセンブリの交換のために手術が打ち切られる。ステップ１４１２においてオペレータが手術の継続を選んだ場合は、その選択がユーザインターフェース２３０を通じてプロセッサ２１０に伝えられるようになっていてもよく、ステップ１４１４において、「単一カメラモード」で手術が継続される。ステップ１４１８において、プロセッサ２１０は、他方のカメラアセンブリの機能のモニタリングを継続する。ステップ１４２０において、第２の故障が検出されない限り、ステップ１４２２において手術が継続される。ステップ１４２０において、第２の故障が検出された場合は、ステップ１４１６において手術が打ち切られる。上記と関連して、故障は、最適品質の画像を提供し得るカメラアセンブリの能力に関する任意の種類の低下であり、たとえば、完全な機械的または電気的故障あるいは関連するレンズがデブリで汚染されて適正に動作しなくなることが考えられる。
【０１７９】
両カメラアセンブリ１３５ａ、１３５ｂが適正に動作するように、システム診断手順が行われるようになっていてもよい。以下、図７のフローチャート１５００を参照して、例示的な校正手順を説明する。ステップ１５０２においては、診断手順が開始される。ステップ１５０４においては、第１のカメラアセンブリ１３５ａを用いて、目標物体の第１の画像が取り込まれるようになっていてもよい。取り込まれた画像は、両カメラアセンブリにより取り込み可能な任意の目標物体またはパターンのものであってもよい。目標は、カメラアセンブリの徹底的な診断テストを行うのに十分な細部を有するものとする。一実施形態においては、手順の最初に校正目標３０（図１Ｂ）が用いられるようになっていてもよい。ステップ１５０６においては、第２のカメラアセンブリ１３５ｂを用いて、目標物体の第２の画像が取り込まれるようになっていてもよい。ステップ１５０８においては、第１および第２の画像が画像処理アセンブリ２２０により処理されて、画像の特徴が識別されるようになっていてもよく、ステップ１５１０においては、第１および第２の画像の識別された特徴が互いに比較される。ステップ１５１２において、第１および第２の画像の識別された特徴の比較が予想通りである場合（すなわち、各カメラアセンブリの倍率特性に対して両者が互いに対応する場合）、システムは、ステップ１５１４において、診断手順に合格したものと見なされ、手術の継続が可能である。ただし、ステップ１５１２において、比較の結果、第１および第２の画像の特徴が予想通りでないことが明らかとなった場合、システムは、ステップ１５１６において、診断手順に合格しなかったものと見なされ、ステップ１５１８において、ユーザまたはオペレータに障害が警告される。
【０１８０】
この手順は、各手術の最初に行われるようになっていてもよく、また、手術全体で周期的または継続的に行われるようになっていてもよい。診断手順により得られたデータは、図６を参照して説明した機能モニタリング手順において利用されるようになっていてもよい。
【０１８１】
図８は、図１Ｂの線１１３から見た立体撮像アセンブリ１３０の別の実施形態の端面図であり、複数組の対を成すレンズが関連する光学アセンブリと併せて用いられるように操作可能である。遠位外側リンク１５０ａには、固定外側ハウジング１５４ａおよび回転レンズハウジング１５５ａを具備していてもよい。立体撮像アセンブリ１３０は、２つの光学アセンブリ１３３ａ、１３３ｂを具備していてもよい。ただし、回転レンズハウジング１５５ａは、４つのレンズ１３５ａ〜１３５ｄを具備していてもよく、それぞれが異なる視野および倍率レベルを与えていてもよい。一実施形態においては、以下で明らかになるように、レンズ１３５ａおよび１３５ｂが一対として動作し、レンズ１３５ｃおよび１３５ｄが一対として動作する。図８に示す第１の位置においては、レンズ１３５ａおよび１３５ｂがそれぞれ、光学アセンブリ１３３ａおよび１３３ｂ上に位置決めされている。この配向において、画像処理アセンブリ２２０は、光学アセンブリ１３３ａ、１３３ｂそれぞれから画像を受信し、画像データを処理して、上述の手順を用いることにより、レンズ１３５ａの倍率レベルおよびレンズ１３５ｂの倍率レベルまたは両者間の任意の倍率レベルで画像を生成することができる。この回転レンズハウジング１５５ａの位置において、レンズ１３５ｃおよび１３５ｄは、光学アセンブリ上に位置決めされないため、立体撮像アセンブリ１３０により取り込まれる画像に寄与しない。
【０１８２】
外側リンク１５０ａは、回転レンズハウジング１５５ａの外側歯構成１５６と噛合するギア１５１を駆動するモータ（図示せず）をさらに具備していてもよい。上述の通り、レンズ１３５ａ〜１３５ｄは、異なる倍率レベルを有していてもよい。したがって、光学アセンブリ１３３ａおよび１３３ｂにより取り込まれた画像のズーム範囲を変更するため、駆動ギア１５１によって、回転レンズハウジング１５５ａが軸１５２の周りに９０°回転することにより、レンズ１３５ｃおよび１３５ｄをそれぞれ光学アセンブリ１３３ｂおよび１３３ａ上に位置決めするようになっていてもよい。これにより、レンズ１３５ａおよび１３５ｂが提供するのとは異なる範囲の倍率が立体撮像アセンブリ１３０に提供され得る。
【０１８３】
図９は、図１Ｂの線１１３から見た立体撮像アセンブリ１３０の別の実施形態の端面図である。遠位外側リンク１５０ｂには、固定外側ハウジング１５４ｂおよび回転レンズハウジング１５５ｂを具備していてもよい。立体撮像アセンブリ１３０は、２つの光学アセンブリ１３３ａ、１３３ｂを具備していてもよい。ただし、回転レンズハウジング１５５ｂは、上述の複数のレンズではなく、アルバレス型の可変焦点レンズ１３２’を具備していてもよい。外側リンク１５０ｂは、回転レンズハウジング１５５ｂの外側歯構成１５６と噛合するギア１５１を駆動するモータ（図示せず）をさらに具備していてもよい。光学アセンブリ１３３ａおよび１３３ｂそれぞれに異なるレベルの倍率を与えるため、ギア１５１により、レンズ１３５’の固定部に対して、レンズ１３２’の可動部が軸１５２の周りに回転するようになっていてもよい。レンズ１３２’は、既知の可変倍率レベルが光学アセンブリ１３３ａおよび１３３ｂにそれぞれ与えられるように構成されていてもよい。この構成により得られる画像の処理は、上述の処理と同様であってもよい。
【０１８４】
図１０Ａ〜図１０Ｃは、図１Ｂの線１１３から見た立体撮像アセンブリ１３０の別の実施形態の端面図であって、水平線修正機能を有する。自然開口部または組織を通じて目標エリアへと外科手術により作成された開口を通って連節型プローブ１００がリンクごとに目標位置へと操作される手術においては、立体撮像アセンブリ１３０を収容する遠位外側リンクの配向を「外科手術水平線」または外科医の予想される視認面の外側の配向へと回転させることができる。言い換えると、カメラアセンブリ１３５ａおよび１３５ｂの軸が、カメラアセンブリ１３５ａおよび１３５ｂの予想される平面位置決めに対して斜めになり得る。これが生じると、連節型プローブ１００全体を回転させることによって立体撮像アセンブリ１３０の向きを変えるのが非常に難しく、また、３Ｄ画像を回転させるのも困難となり得る。したがって、カメラ軸が外科手術水平線と位置合わせされることにより、オペレータにとっての視覚的配向目的のほか、３Ｄ画像を生成するための適正な画像データをシステムが取得できるように、立体撮像アセンブリ１３０が簡単かつ高速に回転可能であるのが重要である。
【０１８５】
図１０Ａに示すように、カメラアセンブリ１３５ａおよび１３５ｂを二分するカメラ軸１７０で示されるカメラ軸は、外科手術水平線と一致していない。ただし、遠位外側リンク１６０は、立体撮像アセンブリ１３０の中心軸１６２周りの回転によって、立体撮像アセンブリ１３０の配向の修正およびカメラアセンブリ１３５ａ、１３５ｂの外科手術水平線との一致を可能にする水平線修正装置を具備していてもよい。
【０１８６】
立体撮像アセンブリ１３０は、遠位リンク１６０のハウジング１６４内の回転可能なハウジング１６５内で中心軸１６２の周りに回転可能であってもよい。付勢ばね１６１の一端がハウジング１６４に取り付けられ、他端が立体撮像アセンブリ１３０に取り付けられて、これら２つの構成要素間に付勢力を与えていてもよい。また、付勢力に対抗して、ハウジング１６４と立体撮像アセンブリ１３０との間には、線形アクチュエータ１６３が結合されている。線形アクチュエータ１６３は、ばね１６１が与える付勢力に対して、ハウジング１６４内での立体撮像アセンブリ１３０の制御可能な回転を可能にする力を作用させ得るように長さを電気的または機械的に制御可能なデバイスを備えていてもよい。このような線形アクチュエータの例としては、ソレノイドデバイス、ニチノールワイヤ、または類似の特性を有する他のデバイスが考えられる。付勢ばね１６１は、カメラアセンブリ１３５ａおよび１３５ｂを二分するカメラ軸１７０が外科手術水平線と位置合わせされるカメラの位置からの既知量の正負オフセットを可能にするように構成されている。このような位置を図１０Ｃに示す。矢印１６９が真っ直ぐ上を指す場合にも示されるこの位置において、カメラ軸１７０は、外科手術水平線と位置合わせされる。
【０１８７】
図１０Ａを再び参照して、この図は、付勢ばね１６１および線形アクチュエータ１６３により可能となった整列位置Ｚから最大オフセットＸまで立体撮像アセンブリ１３０が傾斜した状況を示している。図示のように、付勢ばね１６１は、半ば緩んだ状態であってもよく、最大オフセットＸを可能にする長さまで線形アクチュエータ１６３が延びている。カメラ軸１７０を外科手術水平線と位置合わせするため、線形アクチュエータ１６３の長さが短くなり、カメラ軸１７０が外科手術水平線と位置合わせされるまで、立体撮像アセンブリ１３０がばね１６１の付勢力に対して回転するようになっていてもよい。
【０１８８】
図１０Ｂは、付勢ばね１６１および線形アクチュエータ１６３により可能となった整列位置Ｚから最小オフセット−Ｘまで立体撮像アセンブリ１３０が傾斜した状況を示している。図示のように、付勢ばね１６１は、延伸状態であり、最小オフセット−Ｘを可能にする長さまで線形アクチュエータ１６３が短くなっている。カメラ軸１７０を外科手術水平線と位置合わせするため、線形アクチュエータ１６３の長さが増大し、カメラ軸１７０が外科手術水平線と位置合わせされるまで、ばね１６１の付勢力によって立体撮像アセンブリ１３０が回転する。
【０１８９】
図１０Ｃは、立体撮像アセンブリ１３０の中間位置を示しており、カメラ軸１７０および外科手術水平線が位置合わせされる調整位置までＹだけ立体撮像アセンブリ１３０を回転させるように線形アクチュエータ１６３の長さが操作された場合である。
【０１９０】
外科手術中、照明要件は、大幅かつ高速に変化し得る。場合により、手術野を十分に照明するのに必要な光の量は、立体撮像アセンブリ１３０と関連付けられた照明システムの能力を超える可能性がある。低照度または高照度条件を補償するため、光学アセンブリ１３３ａ、１３３ｂの露光パラメータの変更により、光学アセンブリ１３３ａ、１３３ｂのセンサの画素がより長時間または短時間にわたって、画像処理アセンブリ２２０へと中継される信号に取り込まれる光子を積分可能であってもよい。たとえば、手術部位が非常に暗い場合は、センサの露光の増大によって、より多くの光子がセンサに到達し、明るい画像を生成可能であってもよい。逆に、手術部位が非常に明るい場合は、露光の短縮によって、センサに到達する光を減らすことにより、センサが飽和する確率を小さくするようにしてもよい。
【０１９１】
露光の増大または低減には、一度に１つの照明条件を考慮し得るが、連節型プローブ１００の位置決めの場合かつ外科手術中は、照明条件の高速変化または単一のフレーム内での目標エリア内における変化が起こり得る。したがって、高ダイナミックレンジ処理の使用により、オペレータは、露光が異なる画像を取り込んで最適な画像となるように組み合わせることができるため、光学アセンブリ全体での照明変動が補償される。これを実現するため、露光設定が異なる光学アセンブリのセンサ内の水平行の画素を交互に入れ替えることによって、複数の露光設定を有する画像が取得されるようになっていてもよい。
【０１９２】
本発明に係る概念の一態様では、ロボット手術に対する低遅延要件を満たしつつ、高ダイナミックレンジ状況におけるカメラアセンブリ１３５ａ、１３５ｂの性能を向上させる。これは、たとえば画像の特定領域が十分な照明で非常によく露光される一方、画像の他の領域が露光過少で暗くなる場合に考えられる。一実施形態においては、異なる露光の線を交互に入れ替える各カメラアセンブリ１３５ａ、１３５ｂのモードが有効化されるようになっていてもよい。奇数番目の画素線が高露光時間に対して設定されることにより、暗領域でより詳しい画像細部が取り込まれるようになっていてもよい。偶数番目の画素線が低露光時間に対して設定されることにより、高照明領域で画像細部が取り込まれるようになっていてもよい。本発明に係る概念の種々態様に従って、任意の構成の画素線および変動露光量を利用可能であることが了解される。たとえば、２本の画素線ごとの低露光時間に対して、高露光時間には、３本に１本の画素線が設定されていてもよい。本発明に係る概念の範囲内においては、任意の組み合わせまたは構成の画素線に対応する任意の組み合わせの高露光時間または低露光時間が考慮される。
【０１９３】
図１１は、光学アセンブリ１３３ａ、１３３ｂの一方のセンサ１３３’の模式図である。一実施形態においては、奇数番目の画素行が高露光用に設定され、偶数番目の画素行が低露光用に設定されている。一例においては、センサ１３３’の偶数番目の画素行が露光時間Ｔを有する一方、奇数番目の画素が露光時間２Ｔを有していてもよい。このため、奇数番目の画素行は、偶数番目の画素行の２倍の光を集めることになる。高ダイナミックレンジ技術を用いることにより、画像処理アセンブリによる画像の操作によって、画像の暗エリアにおける明画素の利用および画像の明エリアにおける暗画素の利用によりダイナミックレンジが向上し得る。
【０１９４】
一実施形態において、カメラセンサ１３３’の出力は、以下のように処理されるようになっていてもよい。すなわち、取り込み画像またはビデオストリームは、特別な画像処理装置（たとえば、露光統合（高露光データおよび低露光データの組み合わせ）の実行により単一の処理画像を得るように設計されたＦＰＧＡ）に入力されるようになっていてもよい。この装置が偶数画素線の短露光データに対してより大きな重みを適用することにより、画像の如何なる飽和領域もより良く表され得る。この装置が奇数画素線の長露光データに対してより大きな重みを適用することにより、如何なる暗領域もより良く表され得る。そして、この処理により、結果的な画像の付加的なトーンマッピングによって、高コントラスト化または低コントラスト化が可能であってもよい。この装置は、フレームバッファおよび／またはラインバッファを使用することにより、処理装置内で処理するデータを格納するようにしてもよい。また、この装置は、データバッファリングにより、わずかな遅延の追加だけでビデオを実時間処理することができる。
【０１９５】
このプロセスを図１２のフローチャート１８００に概説する。ステップ１８０２においては、上述の通り、露光特性が変動するセンサ１３３’を用いて画像が取り込まれる。ステップ１８０４においては、露光統合プロセスで露光過多および露光過少の画素を組み合わせることにより、単一の画像が生成される。このようなプロセスは、当技術分野において知られているため、ここでは説明しない。その後、ステップ１８０６において、生成された画像がオペレータに表示される。
【０１９６】
図１０Ａ〜図１０Ｃを参照して上述した通り、システム１０は、立体撮像アセンブリ１３０を機械的に回転させることにより、カメラ軸１７０を外科手術水平線と位置合わせ可能であってもよい。特定の状況においては、立体画像をデジタル的に回転させるのが望ましいと考えられる。ただし、立体画像の生成には複雑性を伴うことを考慮すると、カメラアセンブリからの各画像を別個に回転させるだけでは、ユーザが知覚可能な立体画像を得られない場合がある。
【０１９７】
標準的な２Ｄ画像回転においては、図１３Ａに示すように、固有画像の中心周りに画像が回転される。これにより、回転視界の自然で気が散らないシミュレーションが生成される。３Ｄ画像回転では、別の操作によって、回転視界の自然なシミュレーションを生成する必要がある。視認者が知覚可能な３Ｄ画像を生成するため、立体カメラシステムでは、視認者の自然な眼の位置および向きといった配向を模倣する（たとえば、両眼を比例的に模倣する）必要がある。図１３Ｂに示すように、立体画像対それぞれの中心周りの回転では、図１３Ｃに示すように両眼が単一の中心軸周りを回転する人間の頭部および両眼の生理学的な回転（たとえば、傾斜）が適正に模倣されない。各画像をその中心軸周りに回転させることにより、画像の「収束」すなわちユーザが視認した場合の知覚可能な深度を有する画像の形成が防止されるように立体対間の関係が変化することになる。ただし、共有中心軸周りで立体対をデジタル的に回転させることには、別の課題がある。図１３Ｄおよび図１３Ｅに示すように、立体画像を立体対の中心周りに回転させる場合、「回転」画像には、システムが把握していない目標エリアに関する情報が必要となる。この情報は、ユーザに対する３Ｄ画像として収束する画像の維持に必要である。
【０１９８】
本発明に係る概念の一態様によれば、上記問題は、取り込み画像の画素ごとの深度表現を与えるシーンの深度マップを生成することにより是正され得る。一実施形態において、カメラアセンブリ１３５ａ、１３５ｂはそれぞれ、目標エリアの画像を取り込む。カメラアセンブリ間の距離が既知であることから、基準点に対する各カメラアセンブリからの視界は、互いに異なるものとなる。基準点に対する２つの画像間の差の計算によって深度マップが生成され、２つの画像の一方と組み合わせて使用されることにより、（たとえば、上述の通り、回転が実行された後に）２つの画像のもう一方が再成されるようになっていてもよい。深度マップは、再成画像も回転するように、上記一方の画像と併せて個別に回転可能であり、その一対は、デジタル的に回転した立体対として表示可能である。
【０１９９】
ここで図１４Ａ〜図１４Ｆを参照して、カメラアセンブリ１３５ａ、１３５ｂから別個の画像を生成して回転可能な立体画像を構成するのに使用可能な深度マップの生成について説明する。図１４Ａは、一対のツール２０ａおよび２０ｂの「左眼」画像および「右眼」画像を示している。左眼画像は、第１のカメラアセンブリにより取り込まれたものであってもよく、右眼画像は、第２のカメラアセンブリにより取り込まれたものであってもよく、第１および第２のカメラアセンブリは異なる位置にあって、互い（たとえば、立体対）の距離が既知である。図１４Ｂにおいて見られるように、ツール２０ａ’および２０ｂ’の位置は、右眼画像よりも左眼画像において異なる。各画像の中心点「Ｘ」は、差の程度を決定する基準点として用いられる。ツール２０ａおよび２０ｂには、上述の通り、深度マップの生成に用いられる別のナビゲーション基準点を与えるマーキング２１ａおよび２１ｂがそれぞれ含まれていてもよい。
【０２００】
図１４Ｂは、図１４Ａの左眼および右眼画像（２Ｄ）を重ね合わせて、各カメラから見た中心からの２つのツールの差異を示している。図示のように、実線のツール２０ａおよび２０ｂは、図１４Ａの左眼画像からのデータを表し、破線のツール２０ａ’および２０ｂ’は、図１４Ａの右眼画像からのデータを表す。この情報が画像処理アセンブリ２２０およびソフトウェア２２５により使用されて、図１４Ｃに示す深度マップが生成されるようになっていてもよい。図示のように、物体２２ａは、図１４Ａの左眼画像のツール２０ａの深度データを表し、物体２２ｂは、図１４Ａの左眼画像のツール２０ｂの深度データを表す。
【０２０１】
左眼および右眼画像（２Ｄ）の中心からのツールの位置的差異が大きくなると、撮像システムからの当該物体（または、当該物体を構成する画素）と関連付けられた深度も大きくなる。したがって、図１４Ｃに示すように、暗色画素が立体カメラ対から遠い画像の部分を表し、明色画素が立体カメラ対に近い画像の部分を表す。このため、図１４Ｃにおいては、物体２２ａの明から暗への勾配に基づいて、ツール２０ａの先端がツール２０ａの近位端よりも立体カメラ対から離れているものとシステムが判定可能である。これに対して、図１４Ｃの物体２２ｂを構成する画素の色が実質的に同じであることから、ツール２０ｂは、立体カメラ対と実質的に平行であるものと判定可能である。図１４Ｄは、左眼を示しており、図１４Ｃの深度マップと組み合わせた画像処理アセンブリ２２０による処理によって、図１４Ａの「右眼」画像を再成することができる。
【０２０２】
図１４Ｅおよび図１４Ｆは、上述の深度マップの概念をさらに示した図である。図１４Ｅは、図１４Ａ〜図１４Ｄを参照して上述したのと同様に取り込まれた画像の深度マップを示している。ソフトウェア２２５は、左右両画像を検査し、各画像中の類似画素の識別、中心からの差異の決定、および競合する深度マップの作成によって画素ごとの深度マップを決定する。図示のように、暗画素がカメラアセンブリから遠い画像データを表す一方、明画素がカメラアセンブリに近い画像データを表す。この深度マップデータは、図１４Ｆの画像（たとえば、「左眼」画像）との組み合わせによって、「右眼」画像が再生されるため、ユーザに表示されて３Ｄ画像として知覚される立体画像対が作成される。
【０２０３】
図１５は、上述の深度マッププロセスを利用してデジタル的に回転可能な立体画像を生成することに伴うステップを示したフローチャート１９００である。ステップ１９０２において、立体撮像アセンブリ１３０が手術中に望ましくない回転配向で位置決めされた場合（たとえば、カメラ軸が外科手術水平線と位置合わせされない場合）は、上述の通り、目標エリアの深度マップが作成されるようになっていてもよい。ステップ１９０４においては、カメラアセンブリ１３５ａ、１３５ｂの一方により取り込まれた第１の画像が適正な視野角へと回転されて、カメラ軸が外科手術水平線と位置合わせされる。そして、ステップ１９０６においては、回転マトリクスの適用によって深度マップが回転画像と位置合わせされるとともに、深度マップの当該第１の回転画像への適用によって、カメラアセンブリの他方に対応する第２の回転画像が生成され、所望の水平配向の３Ｄ立体画像が得られる。
【０２０４】
あるいは、２Ｄ画像を取り込む画像センサおよび当該画像センサに対して位置合わせされた「飛行時間」センサを用いて、深度マップが作成されるようになっていてもよい。「飛行時間」センサは、各画素の深度を提供することも可能であり、ソフトウェアは、飛行時間センサから受信されたデータに対して２Ｄ画像を位置合わせすることにより、深度マップを生成することも可能である。別のシステムとしては、既知の光パターンを発する発光デバイスと、目標エリア上のパターンを検出する画像センサとを具備するシステムも挙げられる。そして、このシステムでは、発せられた既知のパターンに対して画像センサにより検出されたパターンにおいて、計算された深度マップとの差を計算することも可能である。
【０２０５】
図１６は、発明に係る概念の一実施形態に係る、連節型プローブシステム１０の斜視図である。システム１０は、本明細書に記載の通り、立体撮像アセンブリ１３０を備えた連節型プローブ１００を具備する。いくつかの実施形態において、連節型プローブシステム１０は、フィーダユニット３００およびインターフェースユニット２００（コンソール２００とも称する）を備える。供給機構とも称するフィーダユニット３００は、フィーダ支持アーム３０５においてフィーダカート３０２に取り付けられていてもよい。フィーダ支持アーム３０５は、当該フィーダ支持アーム３０５をフィーダカート３０２に摺動接続する垂直高さ調整器３０４に対して動作可能に接続されたクランクハンドル３０７の回転等によって高さを調整可能である。フィーダ支持アーム３０５は、１つ以上または関連する結合装置によるロックおよび／またはアンロッククランプ３０６が可能な１つ以上の機械継ぎ手３０５ｂにおいて互いに枢動する１つ以上のサブアームまたはセグメントを含み得る。この構成により、患者位置に対してフィーダユニット３００を位置決めする広範な角度、配向、位置、運動レベル等が可能となる。いくつかの実施形態においては、（たとえば、フィーダ支持アーム３０５の１つ以上の継ぎ手３０５ｂが、フィーダユニット３００の操作を可能にするアンロック位置にある場合に）フィーダユニット３００の重量を部分的に支持してフィーダ支持アーム３０５に対するフィーダユニット３００の位置決めを容易化する目的等で、フィーダ支持アーム３０５とフィーダユニット３００との間に１つ以上のフィーダ支持部３０５ａが取り付けられている。フィーダ支持部３０５ａは、自動車またはトラックのテールゲートを支持するのに用いられるガススプリングと同様の油圧または空気圧支持ピストンを備えていてもよい。いくつかの実施形態においては、フィーダユニット３００または単にベースアセンブリ３２０のみの重量を支持する目的等で、フィーダ支持アーム３０５の２つのセグメントが支持ピストン（図示せず）（たとえば、セグメントの一方に位置決めされた支持ピストン）と接続されている。フィーダユニット３００は、ベースアセンブリ３２０と、当該ベースアセンブリ３２０に対して取り外し可能に取り付け可能なフィーダトップアセンブリ３３０とを具備していてもよい。いくつかの実施形態においては、１回以上の使用後に（たとえば、使い捨て式に）第１のフィーダトップアセンブリ３３０を別のまたは第２のトップアセンブリ３３０と交換することができる。使用時には、人間の患者に１回の手順が実行されるようになっていてもよいし、同じ患者に複数回の手順が実行されるようになっていてもよい。いくつかの実施形態において、ベースアセンブリ３２０およびトップアセンブリ３３０は、互いに固定して取り付けられている。
【０２０６】
トップアセンブリ３３０には、本明細書の種々実施形態に関連して説明するとともに図１７Ａ〜図１７Ｃを参照して後述する通り、たとえば複数の内側リンクを備えた内側リンク機構および複数の外側リンクを備えた外側リンク機構を含むリンクアセンブリを備えた連節型プローブ１００を含む。いくつかの実施形態において、連節型プローブ１００は、２０１２年１２月２０に出願された出願人の同時係属国際ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／７０９２４号または２０１４年６月１０日に出願された米国特許出願第１４／３６４，１９５号に記載されているような連節型リンクの内側機構および連節型リンクの外側機構を備える。プローブ１００の位置、構成、および／または配向は、図１において上述した通り、ベースアセンブリ３２０に位置決めされた複数の駆動モータおよびケーブルによって操作される。フィーダカート３０２は、車輪３０２ａへの搭載によって、その位置を手動操作することができる。フィーダカートの車輪３０２ａは、フィーダユニット３００の連節型プローブ１００、ベースアセンブリ３２０、および／または他の要素の操作または移動後にカート３０２を適所にロックするのに用いられる１つ以上のロック機能を含み得る。いくつかの実施形態においては、手術台または他の固定構造へのフィーダユニット３００の取り付けに対して、広範な位置決めの選択肢がオペレータにもたらされること等、フィーダユニット３００の可動フィーダカート３０２への搭載は都合が良い。フィーダユニット３００は、図１を参照して上述した通り、機能的要素３０９を備え得る。
【０２０７】
いくつかの実施形態において、ベースアセンブリ３２０は、インターフェースユニット２００に対して動作可能に接続されているが、このような接続には通常、電力および／もしくはデータ送信用の電気ワイヤ、光ファイバ、無線通信、または機械的リンク機構もしくは空気圧／油圧配送管、図示の導管３０１等の機械的送達導管を含む。インターフェースユニット２００は、外科医、技術者、および／またはシステム１０の他のオペレータからの触覚コマンドを受け付けるヒューマンインターフェースデバイス（ＨＩＤ）２０２と、視覚および／または聴覚フィードバックを与えるディスプレイ２０１とを備えたユーザインターフェース２３０を含む。インターフェースユニット２００も同様に、車輪２０５ａ（たとえば、ロック可能な車輪）への搭載によってその位置の手動操作を可能にするインターフェースカート２０５上に位置決め可能である。ベースアセンブリ３２０は、図１を参照して上述した通り、画像処理ユニット２２０およびソフトウェア２２５を含むプロセッサ２１０を備え得る。ベースアセンブリ３２０は、同じく上述した通り、機能的要素２０９をさらに備え得る。
【０２０８】
図１７Ａ〜図１７Ｃは、本発明に係る概念の実施形態に係る、高連節プローブ装置のグラフィック実例図である。図１７Ａ〜図１７Ｃに示す実施形態に係る、高連節型ロボットプローブ１００は、外側機構および内側機構という本質的に２つの同心機構を備え、それぞれを誘導可能な機構と見なすことができる。図１７Ａ〜図１７Ｃは、連節型プローブ１００の異なる実施形態がどのように作用するかの概念を示している。図１７Ａを参照して、内側機構は、第１の機構または内側リンク機構１２０とも称し得る。外側機構は、第２の機構または外側リンク機構１１０とも称し得る。各機構は、剛性および軟性の状態を交互に入れ替わり得る。剛性モードまたは状態において、機構は、その名の通り剛性である。軟性モードまたは状態において、機構は、高い可撓性を有するため、その周囲の形状を引き継ぐか、または、再成形可能である。本明細書において使用する用語「軟性（ｌｉｍｐ）」は、重力およびその環境の形状に応じた特定の構成を受動的に引き継ぐ構造を必ずしも表さず、むしろ、本願に記載の「軟性」構造は、装置のオペレータが所望する位置および構成を引き継ぐことができるため、柔らかくて受動的というよりは、連節・制御されることに留意するものとする。
【０２０９】
いくつかの実施形態においては、一方の機構が軟性になり始め、他方が剛性になり始める。説明のため、図１７Ａのステップ１に見られるように、外側リンク機構１１０が剛性で、内側リンク機構１２０が軟性であるものと仮定する。ここで、内側リンク機構１２０は、本明細書に記載の通り、フィーダアセンブリ１０２（たとえば、図１６参照）によって前方に押されるとともに、図１７Ａのステップ２に見られるように、その「ヘッド」すなわち遠位端が誘導される。ここでは、内側リンク機構１２０が剛性とされ、外側リンク機構４４０が軟性とされる。そして、外側リンク機構１１０は、図１７Ａのステップ３に見られるように、内側リンク機構１２０に追いつくか、または同延となるまで、前方に押される。ここでは、外側リンク機構１１０が剛性とされ、内側リンク機構１２０が軟性とされた後、手順が繰り返される。この手法の一変形例では、外側リンク機構１１０も同様に誘導可能とされる。このような装置の動作を図１７Ｂに示す。図１７Ｂにおいては、各機構が他方に追いついた後、一方のリンクを大きく進めることができる。一実施形態によれば、外側リンク機構１１０が誘導可能であり、内側リンク機構１２０が誘導可能ではない。このような装置の動作を図１７Ｃに示す。
【０２１０】
医療用途、運用、および手術等において、プローブ１００が所望の位置に到達したら、外科医等のオペレータは、さまざまな診断および／または治療手技を実行する目的等で、外側リンク機構１１０、内側リンク機構１２０の１つ以上の作動チャネル、または外側リンク機構１１０と内側リンク機構１２０との間に形成された１つ以上の作動チャネルを通じて１つ以上のツールを摺動可能である。いくつかの実施形態において、このチャネルは、たとえば外側リンクのシステムに形成された第１の凹部と内側リンクのシステムに形成された第２の凹部との間で延伸可能な作動チャネルと称する。作動チャネルは、外側リンク機構１１０から延び、１つ以上のツールを摺動受容するようにサイズ規定された１つ以上の孔を含む１つ以上の半径方向突起を備えた作動チャネル等、連節型プローブ１００の周縁に含まれていてもよい。他の実施形態を参照して説明する通り、作動チャネルは、連節型プローブ１００の外側位置であってもよい。
【０２１１】
外科手術等の臨床的手技のほか、連節型プローブ１００は、多くの用途において使用可能であり、エンジンの検査、修復、または改修、タンクの検査および修復、監視用途、爆弾解除、潜水艦コンパートメントもしくは核兵器等の強く閉じ込められた空間における検査もしくは修復、建築物検査等の構造検査、危険廃棄物の改善、生物学的サンプルおよび毒素の復元、ならびにこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。明らかなこととして、本開示の装置は、多種多様な用途を有しており、任意特定の用途に限定されるとは見なされないものとする。
【０２１２】
内側リンク機構１２０および／または外側リンク機構１１０は誘導可能であり、内側リンク機構１２０および外側リンク機構１１０はそれぞれ、剛性および軟性のいずれにもすることができ、連節型プローブ１００は、自立した状態で３次元の如何なる場所でも駆動可能である。連節型プローブ１００は、それぞれの過去の構成を「記憶」することができるため、人間の患者等の患者の身体の腔内空間等の３次元容積中の任意の場所からの後退および／または任意の場所への引き返しが可能である。
【０２１３】
内側リンク機構１２０および外側リンク機構１１０はそれぞれ、互いに連節する一連のリンク（すなわち、内側リンク１２１および外側リンク１１１）を含む。いくつかの実施形態においては、外側リンクが連節型プローブ１００の誘導およびロックに用いられる一方、内側リンクがプローブのロックに用いられる。「真似っこ遊び」のように、内側リンク１２１がロックされる間、外側リンク１１１は、最遠位内側リンク１２２を越えて前進する。外側リンク１１１は、システム誘導ケーブルによって適所へと誘導された後、誘導ケーブルをロックすることによってロックされる。その後、内側リンク１２１のケーブルが解除され、内側リンク１２１が外側リンクに追従するように前進する。このように、所望の位置および配向が実現されるまで、手順は進む。組み合わされた内側リンク１２１および外側リンク１１１は、手術部位でツールを一時的または永久に挿入する作動チャネルを具備していてもよい。いくつかの実施形態において、これらのツールは、プローブの位置決め中に、リンクとともに前進し得る。いくつかの実施形態において、これらのツールは、プローブの位置決め後に、リンクを通じて挿入可能である。
【０２１４】
最遠位内側リンクを越える量が誘導コマンドに基づいて集合的に連節されるように、オペレータ制御の誘導操作の開始に先立ち、最遠位内側リンクを越えて１つ以上の外側リンク１１１が前進し得る。単一リンク誘導の特異性が求められていない場合等に、マルチリンク誘導の使用によって、手術時間を減らすことができる。いくつかの実施形態においては、２〜１０個の外側リンクまたは２〜７個の外側リンク等、２〜２０個の外側リンクを同時誘導に選択可能である。誘導に用いられるリンクの数は、実現可能な誘導経路に対応しており、数が少ないほど、可能となるプローブ１００の曲率の特異性が増す。いくつかの実施形態においては、誘導に用いられるリンクの数をオペレータが選択可能である（たとえば、各誘導操作に先立って、１〜１０個のリンクが前進するように選択可能である）。
【０２１５】
以上、外科手術プローブ装置との関連で用いられる本発明に係る概念を説明したが、これは、図１８に示すようにツール５２０ａ、５２０ｂおよびカメラアセンブリ５３０を具備する視程ロボット５００ならびに図１９に示すようにカメラアセンブリ６３０を具備するスコープ６０２を有する内視鏡６００等、立体撮像が有利または望ましいと考えられる任意の種類の装置との関連での使用に等しく適していることが了解される。
【０２１６】
図２０は、発明に係る概念の一実施形態に係る、撮像アセンブリおよびインターフェースユニットの模式図である。本明細書に記載の通り、撮像アセンブリ１３０’は、１つ以上の光学アセンブリ１３３を備えていてもよい（たとえば、立体撮像アセンブリが２つの光学アセンブリを備える）。いくつかの実施形態において、各光学アセンブリ１３３は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳコンポーネント等、１つ以上の電子コンポーネントを備えていてもよい。これらの実施形態において、撮像アセンブリ１３０’は、その機能の有効化に電源を要する回路１４０を備えていてもよい。オンボードバッテリならびに／または本明細書に記載の通りコンソールもしくはベースアセンブリに不可欠の電源等の外部電源に接続された送電ワイヤを介して、電力が供給されるようになっていてもよい。図２０に示す実施形態においては、１本以上のツイストペア等の１本以上のワイヤ対を含む光導管１３４’を介して、インターフェースユニット２００から電力が供給されるようになっていてもよい。撮像アセンブリ１３０’とインターフェースユニット２００との間では、同じ導管１３４’を介して、デジタル光学データが転送されるようになっていてもよい（すなわち、同じ２つのワイヤが、電力およびデータの両者を送信する）。インターフェースユニット２００は、送電アセンブリ２５０を含む回路２４０を備える。送電アセンブリ２５０は、導管１３４’を介して電源を回路１４０に供給するように構成された電圧調整器２５１、フィードバック回路２５２、結合器２５３、およびインダクタ２５４を具備していてもよい。インダクタ２５４は、導管１３４’上の３００〜４００ＭＨｚの信号ノイズを制限するように選択されていてもよい。
【０２１７】
回路１４０は、電圧調整器１４１およびインダクタ１４４を備える。電圧調整器１４１は、送信アセンブリ２５０から電力を受け、回路１４０に電力を供給するように構成されている。電圧調整器１４１は、回路１４０に供給される電圧をステップダウンするように構成された低ドロップアウト（ＬＤＯ）電圧調整器を含んでいてもよい。調整器１４１は、きれいで安定した電圧レールを光学アセンブリ１３３に提供するように構成されている。インダクタ１４４は、導管１３４’上の３００〜４００ＭＨｚの信号ノイズを制限するように選択されていてもよい。回路１４０は、光学データを光学アセンブリ１３３から受信する差分信号ドライバ１４２をさらに備える。差分信号ドライバ１４２は、データを導管１３４’にＡＣ結合することによって、受信した光学データを差分信号受信機２４２に送信する。差分信号受信機２４２は、光学データを導管１３４’から切り離し、データをプロセッサ２１０の画像処理アセンブリ２２０に送信するようにしてもよい。
【０２１８】
以上、それぞれの開発環境を参照して、装置および方法の好適な実施形態を説明したが、これらは、本発明に係る概念の原理を示しているに過ぎない。本発明を実施する上述のアセンブリ、他の実施形態、構成、および方法の変形もしくは組み合わせ、ならびに当業者に明らかな本発明の態様の変更についても、特許請求の範囲に含まれることになる。また、本願では、方法または手順のステップを特定の順序で記載しているものの、いくつかのステップが実行される順序を変更可能であるとともに、特定の状況においてはむしろ好都合であってもよく、また、後述の方法または手順の請求項の特定のステップは、特許請求の範囲において順序の特異性が明確に記されない限り、そのように順序固有であるとは解釈されないものとする。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１４Ｆ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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